RU2296299C1 - Method for determining direction of true meridian of ground transport - Google Patents
Method for determining direction of true meridian of ground transport Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296299C1 RU2296299C1 RU2005125324/28A RU2005125324A RU2296299C1 RU 2296299 C1 RU2296299 C1 RU 2296299C1 RU 2005125324/28 A RU2005125324/28 A RU 2005125324/28A RU 2005125324 A RU2005125324 A RU 2005125324A RU 2296299 C1 RU2296299 C1 RU 2296299C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- platform
- angular velocity
- sensors
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к определению направления истинного меридиана объектов на земле для навигационных или топографических целей.The invention relates to determining the direction of the true meridian of objects on earth for navigation or topographic purposes.
Известен указатель северного направления на волоконно-оптическом гироскопе [1], где гироскоп устанавливается на приблизительно горизонтальную платформу и приводится в движение по 4 последовательным угловым положениям с интервалом 90°, сигнал гироскопа усредняется компьютером по каждой позиции азимутальных точек. Недостатком данного указателя является то, что методика определения направления на север требует поворота платформы на 360° и введения токоподвода, тем самым увеличивая время определения меридиана.A known north direction indicator on a fiber-optic gyroscope [1], where the gyroscope is mounted on an approximately horizontal platform and is driven by 4 consecutive angular positions with an interval of 90 °, the gyroscope signal is averaged by a computer at each position of azimuthal points. The disadvantage of this pointer is that the method of determining the direction to the north requires a 360 ° rotation of the platform and the introduction of a current lead, thereby increasing the time for determining the meridian.
Известен способ определения угловых перемещений объекта лазерным гироскопом [2], заключающийся в том, что кольцевой лазер приводят в колебательное движение относительно основания, генерируют основную стабилизированную по частоте и дополнительную последовательности импульсов, измеряют выходной сигнал лазерного гироскопа за время между импульсами дополнительной последовательности, измеряют интервалы времени между импульсами дополнительной последовательности и между импульсами основной и дополнительной последовательностей, а выходной сигнал лазерного гироскопа за время между импульсами основной последовательности определяют с использованием измеренных величин, дополнительно измеряют угловую скорость колебаний лазера относительно основания, импульсы дополнительной последовательности генерируют в моменты времени, когда эта скорость равна нулю, а измерение выходного сигнала лазерного гироскопа производят как между четными, так и между нечетными импульсами дополнительной последовательности. Этот способ упрощает реализацию при сохранении точности определение угловых перемещений. Недостатком является зависимость точности от амплитуды угловых колебаний и характера изменения ее от времени. В техническом решении этот закон принят линейным.A known method for determining the angular displacements of an object with a laser gyroscope [2], which consists in the fact that the ring laser is driven into oscillation relative to the base, generate the main frequency-stabilized and additional pulse sequence, measure the output signal of the laser gyro for the time between pulses of the additional sequence, measure the intervals time between pulses of the additional sequence and between pulses of the main and additional sequences, and the output The laser gyroscope signal for the time between pulses of the main sequence is determined using measured values, the angular velocity of the laser oscillations relative to the base is additionally measured, additional sequence pulses are generated at times when this speed is zero, and the output of the laser gyroscope is measured as between even numbers, and between odd pulses of an additional sequence. This method simplifies the implementation, while maintaining accuracy, the determination of angular displacements. The disadvantage is the dependence of accuracy on the amplitude of the angular oscillations and the nature of its change from time to time. In a technical solution, this law is adopted linear.
Известно устройство для определения направления на север [3], содержащее три неподвижных датчика угловой скорости, углы между направлениями осей чувствительности которых составляют 120°, расположенных в горизонтальном плане. Направление на север определяется на основе максимального значения синусной кривой сигнала, получаемого на операционном модуле с датчиков. Недостатком данного устройства является неподвижное положение датчиков и строго горизонтальное положение платформы, из-за чего отсутствует возможность компенсации дрейфа выходных сигналов датчиков от наклона платформы.A device for determining the direction to the north [3], containing three fixed angular velocity sensors, the angles between the directions of the axes of sensitivity of which are 120 °, located in the horizontal plane. The north direction is determined based on the maximum value of the sine curve of the signal received from the sensors on the operating module. The disadvantage of this device is the stationary position of the sensors and a strictly horizontal position of the platform, because of which there is no possibility of compensation for the drift of the output signals of the sensors from the inclination of the platform.
Известен лазерный гирокомпас 9А184 [4], статического типа, который измеряет проекции ускорения свободного падения на измерительные оси акселерометра и проекцию угловой скорости вращения земли на ось чувствительности лазерного датчика угловой скорости, который расположен в плоскости горизонта. Блок измерений включает устройство поворота в виде шагового электродвигателя на 8 положений, из которых используются четыре рабочих положения через 90°±5'', лазерный ДУС, два акселерометра, датчик углового положения платформы, блок электроники. Этот гирокомпас имеет время определения азимута 8 мин, погрешность азимута с вероятностью 0,9 не более 10'. Недостатком данного указателя является то, что методика определения направления на север требует поворота платформы на 360°, тем самым увеличивая время определения меридиана.Known laser gyrocompass 9A184 [4], a static type that measures the projection of gravity acceleration on the measuring axis of the accelerometer and the projection of the angular velocity of rotation of the earth on the sensitivity axis of the laser angular velocity sensor, which is located in the horizontal plane. The measurement unit includes a turning device in the form of a stepper motor with 8 positions, of which four working positions through 90 ° ± 5 '' are used, a laser remote control system, two accelerometers, a platform angular position sensor, and an electronics unit. This gyrocompass has an azimuth determination time of 8 minutes, the azimuth error with a probability of 0.9 no more than 10 '. The disadvantage of this indicator is that the method of determining the direction to the north requires a 360 ° rotation of the platform, thereby increasing the time for determining the meridian.
Известен способ определения направления истинного меридиана [5], при котором ВОГ устанавливают таким образом, что его вектор чувствительности находится в плоскости горизонта, осуществляют поворот ВОГ вокруг оси, перпендикулярной плоскости горизонта посредством его вращения с постоянной угловой скоростью так, что его вектор чувствительности остается в плоскости горизонта, проводят измерения выходного сигнала посредством его фазового детектирования на частоте вращения, определяя при этом фазу выходного сигнала ВОГ, соответствующую азимуту. Способ позволяет повысить точность определения направления истинного меридиана. Недостатками его являются значительное время определения из-за необходимости полного оборота платформы и низкая точность из-за шума в коллекторной паре токосъемника устройства, реализующего способ.A known method for determining the direction of the true meridian [5], in which the FOG is set so that its sensitivity vector is in the horizontal plane, rotate the FOG around an axis perpendicular to the horizontal plane by rotating it with a constant angular velocity so that its sensitivity vector remains in plane of the horizon, measure the output signal by phase detection at the rotational speed, while determining the phase of the output signal of the FOG, corresponding to Mutu. The method improves the accuracy of determining the direction of the true meridian. Its disadvantages are a significant determination time due to the need for a full turn of the platform and low accuracy due to noise in the collector pair of the current collector of the device that implements the method.
Основные частоты спектрального состава электрического шума, генерируемого при пропускании постоянного тока через контакт элементов, находятся в области от 0 до 1,5 кГц и носят характер 1/f. При снижении скорости скольжения элементов спектр смещается в область более низких частот. Максимум амплитуды контактного шума равен 22 мкВ [6]. Для лазерного гирокомпаса это приводит к увеличению погрешности в 2 раза.The main frequencies of the spectral composition of electrical noise generated by passing a direct current through the contact of the elements are in the range from 0 to 1.5 kHz and are 1 / f. With a decrease in the sliding speed of the elements, the spectrum shifts to the region of lower frequencies. The maximum amplitude of contact noise is 22 μV [6]. For a laser gyrocompass, this leads to an increase in the error by a factor of 2.
Задачей изобретения является уменьшение времени определения и повышение точности определения направления истинного меридиана наземного транспорта за счет введения гибкого токоподвода и уменьшение соотношения сигнал-шум.The objective of the invention is to reduce the determination time and increase the accuracy of determining the direction of the true meridian of ground transport by introducing a flexible current supply and reducing the signal-to-noise ratio.
Поставленная задача решается следующим образом: в способе определения направления истинного меридиана наземного транспорта, при котором датчик угловой скорости вращают с угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной плоскости горизонта, производят измерения угла поворота платформы и выходного сигнала датчика угловой скорости, определяют при этом азимут, отличающийся тем, что на платформе устанавливают n+1 датчиков угловой скорости (n=1, 2, 3...), оси чувствительности которых расположены или в плоскости платформы, или по конусу под углом 45 град к плоскости платформы, располагая их под углом 360/(n+1) друг к другу, и осуществляют колебательное движение на угол ±(360/(n+1))+Δ (Δ - значение угла перекрытия) с угловой скоростью больше угловой скорости транспорта в пределах угла 360/(n+1), по выходным сигналам датчиков строят зависимость горизонтальной составляющей угловой скорости Земли от угла поворота платформы, находят ее максимум и минимум и вычисляют соответствующий им угол азимута. При вариантах расположения датчиков измеряют углы крена и тангажа оси чувствительности одного из датчиков угловой скорости от датчиков угла крена и тангажа и вычисляют угол азимута с учетом изменения проекций угловой скорости вращения Земли.The problem is solved as follows: in the method of determining the direction of the true meridian of ground transport, in which the angular velocity sensor is rotated with an angular velocity around an axis perpendicular to the horizon plane, the angle of rotation of the platform and the output signal of the angular velocity sensor are measured, the azimuth is determined, characterized in that n + 1 angular velocity sensors (n = 1, 2, 3 ...) are installed on the platform, the sensitivity axes of which are located either in the plane of the platform, or along a cone at an angle of 45 glad to the plane of the platform, placing them at an angle of 360 / (n + 1) to each other, and carry out oscillatory motion at an angle of ± (360 / (n + 1)) + Δ (Δ is the value of the overlap angle) with an angular velocity greater than the angular transport speeds within the angle of 360 / (n + 1), using the output signals of the sensors, build the dependence of the horizontal component of the angular velocity of the Earth on the angle of rotation of the platform, find its maximum and minimum, and calculate the corresponding azimuth angle. With the sensor location options, the roll and pitch angles of the sensitivity axis of one of the angular velocity sensors from the roll and pitch angle sensors are measured, and the azimuth angle is calculated taking into account changes in the projections of the angular velocity of the Earth's rotation.
Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 представлено устройство для реализации предложенного способа с датчиками, оси чувствительности которых расположены в одной плоскости.Figure 1 shows a device for implementing the proposed method with sensors, the sensitivity axis of which are located in the same plane.
На фиг.2 представлено устройство для реализации предложенного способа с ортогональным расположением осей чувствительности датчиков.Figure 2 presents a device for implementing the proposed method with an orthogonal arrangement of the axes of sensitivity of the sensors.
На фиг.3 представлена временная диаграмма работы.Figure 3 presents the timing diagram of work.
Устройство состоит из вращающейся платформы 1, на которой закреплены датчики угловой скорости 2, расположенные под углом α друг к другу, оси чувствительности которых перпендикулярны оси вращения платформы и расположены в плоскости платформы 1. В случае ортогонального расположения приборного трехгранника датчиков угловой скорости 2 их оси чувствительности располагают по конусу под углом 45° к плоскости платформы 1. Угол α для трех ДУСов с расположением осей чувствительности в радиальном направлении равен 120°, для четырех - 90°, для шести - 60°. Датчики угла крена и тангажа 3, 4 с ориентацией осей чувствительности по датчику 21 и перпендикулярно ему расположены в плоскости платформы 1. Платформа 1 закреплена на оси 5 в опорах 6 (шарикоподшипники). На оси 5 подвеса платформы 1 расположены датчик угла 7 поворота вокруг оси Z и колесо 8 ременной передачи. Другое колесо 9 передачи закреплено на валу двигателя 10. Питание на датчики угловой скорости 2 и съем их выходного сигнала осуществляется через гибкие токоподводы 11 на блок управления и индикации 12. Входы датчиков 2-4 соединены с блоком питания 13.The device consists of a rotating platform 1, on which
Предложенный способ определения направления истинного меридиана наземного транспорта осуществляют следующим образом. Платформу 1, например, с тремя датчиками угловой скорости 21, 22, 23, расположенными под углом 120°, устанавливают таким образом, что векторы чувствительности датчиков 2 находились в плоскости платформы вокруг оси, перпендикулярной ей. Для варианта ортогонального расположения приборного трехгранника датчиков угловой скорости 2 (фиг.2) их оси чувствительности располагают по конусу под углом 45° к плоскости платформы 1. Осуществляют угловые повороты платформы 1 в опорах вокруг оси Z с помощью двигателя 10 через передачу с колесами 8, 9 на угол ±60°+Δ (Δ - значение угла перекрытия) с постоянной угловой скоростью больше угловой скорости транспорта в пределах 60° вокруг оси, перпендикулярной плоскости платформы. Угловое положение платформы 1 в процессе колебаний контролируют датчиком угла 7. Электрические сигналы, снимаемые с датчиков 2 при угловых колебаниях платформы 1 вокруг вертикальной оси Z, в положительном и отрицательном направлении вращения платформы 1 складываются и усредняются. При этом проекции угловой скорости вращения платформы 1 на оси чувствительности датчиков 2 при их ортогональном расположении будут компенсироваться и исключаться из дальнейшей обработки; аналогичным образом будут частично компенсироваться дрейфы нулевых сигналов датчиков 2. В итоге электрические сигналы датчиков 21, 22, 23 будут иметь для датчика с аналоговым выходом вид гармонической функции Ui=kiωзcosφcos(2πƒ0t+α+αyi)+U0i, ограниченной углами ±60°, выбираемыми из числа датчиков и допустимых углов поворота токоподвода; здесь U0i - дрейфы нулевых сигналов i-го датчика с аналоговым выходом; ki - калиброванные масштабные коэффициенты i-го датчика с аналоговым выходом, ωз - угловая скорость вращения земли, φ - географическая широта точки земли, α - угол азимута, αyi - угол начальной установки i-го датчика (0°, 120°, 240°). Вид сигналов при углах азимута (φ=0°, 90° и при произвольном угле φ' показан на временной диаграмме работы установки i-го датчика (0°, 120°, 240°). Вид сигналов при углах азимута φ=0°, 90° и при произвольном угле φ' показан на временной диаграмме работы (фиг.2). Алгоритмически из отрезков сигналов датчиков 21, 22, 23 формируется единая кривая гармонической функции. В дальнейшем при ее обработке находится значение максимального сигнала одного из датчиков 21, 22, 23 Δψi относительно опорной точки, определяемой с помощью датчика угла 11. Угол азимута находится по формуле ψ=Δψi+αyi.The proposed method for determining the direction of the true meridian of ground transport is as follows. Platform 1, for example, with three
Измерение углов крена и тангажа поворота платформы 1 от плоскости горизонта осуществляют с помощью датчиков углов крена и тангажа 3 и 4.The measurement of the roll angles and pitch of the platform 1 turning from the horizon plane is carried out using the roll and
При горизонтальном расположении платформы и трех датчиков угловой скорости сигналы с датчиков 2 имеют вид:With a horizontal arrangement of the platform and three angular velocity sensors, the signals from the
При наличии углов тангажа 9 сигналы датчиков 2 примут вид:If there are pitch angles 9, the signals of the
При наличии углов крена γ сигналы датчиков 2 примут вид:If there are roll angles γ, the signals of the
Для определения азимута платформы умножим амплитуды сигналов Ui на коэффициенты:To determine the azimuth of the platform, we multiply the amplitudes of the signals U i by the coefficients:
- в системе (1) на - in system (1) on
- в системе (2) на соответственно;- in system (2) on respectively;
- в системе (3) на соответственно.- in system (3) on respectively.
Полагая в первом приближении величины дрейфов нулевых сигналов датчиков одинаковыми, получаем сдвиг единой кривой гармонической функции сигнала в вертикальном направлении. Вычитая модули максимального и минимального значений сигнала, получаем величину нулевого дрейфа датчиков, которая может быть учтена при обработке сигналов датчиков во втором приближении.Assuming, in a first approximation, the magnitude of the drift of the zero sensor signals is the same, we obtain a shift of the single curve of the harmonic function of the signal in the vertical direction. Subtracting the modules of the maximum and minimum values of the signal, we obtain the value of the zero drift of the sensors, which can be taken into account when processing the sensor signals in a second approximation.
Азимут платформы равен ψmax(αр)=ψ1(αn)+ψ2(αn)+ψ3(αn)The azimuth of the platform is ψ max (α p ) = ψ 1 (α n ) + ψ 2 (α n ) + ψ 3 (α n )
В предложенном способе по сравнению с прототипом повышается точность определения направления истинного меридиана при технологичной и надежной схеме устройства.In the proposed method, compared with the prototype increases the accuracy of determining the direction of the true meridian with a technologically advanced and reliable device circuit.
Источники информацииInformation sources
1. Dyott R.B., Alien D.E. A fiber optic gyroscope north finder tenth Jut J Conf. On Optical Fiber Sensors, Vol.2360, SRIE, Glasgow, 11-13 Oct. 1994 - p.442-448.1. Dyott R. B., Alien D.E. A fiber optic gyroscope north finder tenth Jut J Conf. On Optical Fiber Sensors, Vol. 2360, SRIE, Glasgow, 11-13 Oct. 1994 - p. 424-448.
2. A.c. SU 13293227, МПК G 01 С 19/64, Способ определения угловых перемещений объекта лазерным гироскопом // Ефимов Б.В., Поляковский Е.Ф. - 1996. - БИ №16.2. A.c. SU 13293227, IPC G 01 С 19/64, Method for determining the angular displacements of an object by a laser gyro // Efimov B.V., Polyakovsky E.F. - 1996. - BI No. 16.
3. Патент Японии JP 7294258, МПК G 01 C 19/00. Устройство для определения направления на север.3. Japan patent JP 7294258, IPC G 01 C 19/00. A device for determining the direction to the north.
4. Руководство по эксплуатации СКГР 02.07.000РЭ ЗАО "Исток".4. Operation manual SKGR 02.07.000RE CJSC Istok.
5. Патент RU 2115889, МПК G 01 С 19/38, 19/64, Способ определения направления истинного меридиана и волоконно-оптический гирокомпас, реализующий способ // Матисов И.А., Николаев И.А., Стригалев В.Е. - 1998.5. Patent RU 2115889, IPC G 01 C 19/38, 19/64, Method for determining the direction of the true meridian and fiber optic gyrocompass that implements the method // Matisov IA, Nikolaev IA, Strigalev V.E. - 1998.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125324/28A RU2296299C1 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Method for determining direction of true meridian of ground transport |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125324/28A RU2296299C1 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Method for determining direction of true meridian of ground transport |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2296299C1 true RU2296299C1 (en) | 2007-03-27 |
Family
ID=37999228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005125324/28A RU2296299C1 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Method for determining direction of true meridian of ground transport |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2296299C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109387205A (en) * | 2018-11-30 | 2019-02-26 | 歌尔科技有限公司 | Obtain attitude angle amplitude of variation method, equipment and storage medium |
-
2005
- 2005-08-09 RU RU2005125324/28A patent/RU2296299C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109387205A (en) * | 2018-11-30 | 2019-02-26 | 歌尔科技有限公司 | Obtain attitude angle amplitude of variation method, equipment and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5028281B2 (en) | Inertial measurement system and method using sensor bias cancellation | |
US20070245800A1 (en) | Inertial measurement system and method with sensor bias cancellation | |
CN104655123B (en) | A kind of method that utilization optical fibre gyro determines rotational-angular velocity of the earth | |
CN107063181A (en) | The measuring method and device of the level inclination of Multifunctional adjustment table under complex environment | |
US11698465B2 (en) | Direction finder | |
RU2296299C1 (en) | Method for determining direction of true meridian of ground transport | |
US6502055B1 (en) | Method and apparatus for determining the geographic heading of a body | |
CN102648392B (en) | A method of determining heading by turning an inertial device | |
JP2001141507A (en) | Inertial navigation system | |
JP2000249552A (en) | Method and device for searching north | |
RU2550592C1 (en) | Stabiliser gyrocompass | |
US9091541B2 (en) | Compass | |
CN104655095B (en) | A kind of method that utilization optical fibre gyro determines geographic latitude | |
JPS595845B2 (en) | true north reference device | |
US11073391B2 (en) | Coriolis vibratory accelerometer system | |
RU2408843C1 (en) | Analytical gyro-compass for quasi-static measurements | |
KR880000774A (en) | Method and apparatus for quickly measuring azimuth using strap-down gyroscope | |
Cheremisenov | A gyrocompass based on a rotating laser gyroscope: experience in the development and experimental results | |
RU2115889C1 (en) | Method for determining true meridian direction and fiber-optical gyrocompass for method embodiment | |
KR19990084742A (en) | Dynamically implemented fiber optic gyro compass | |
Zhang et al. | High precision locking control based on fiber optic gyro and photoelectric encoder for rotational inertial navigation system | |
US3701200A (en) | Gyroscopic instrument | |
KR19990084743A (en) | Dynamically implemented fiber optic gyro compass | |
RU2617136C1 (en) | Gyrocompass system | |
RU172680U1 (en) | The device of the initial azimuthal orientation of the gyroscopic inclinometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090810 |