RU2302006C1 - Arrangement for definition of an angular position of a mobile object - Google Patents
Arrangement for definition of an angular position of a mobile object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302006C1 RU2302006C1 RU2006101354/28A RU2006101354A RU2302006C1 RU 2302006 C1 RU2302006 C1 RU 2302006C1 RU 2006101354/28 A RU2006101354/28 A RU 2006101354/28A RU 2006101354 A RU2006101354 A RU 2006101354A RU 2302006 C1 RU2302006 C1 RU 2302006C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerometers
- moving object
- angular position
- accelerometer
- axes
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в навигации для определения угловых положений автоматических подводных, надводных и летательных аппаратов, в нефтепромысловой геофизике для определения углового положения буровой скважины [1-3].The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in navigation to determine the angular positions of automatic underwater, surface and aircraft, in oilfield geophysics to determine the angular position of a borehole [1-3].
Известно устройство для определения углового положения подвижного объекта [1], состоящее из двухкомпонентного датчика, образованного двумя однокомпонентными магниточувствительными датчиками, оси которых перпендикулярны, немагнитной горизонтальной площадки, на которой расположены эти датчики так, что их оси параллельны площадке, карданова подвеса, на котором расположена упомянутая площадка, объекта в виде полого цилиндра, к корпусу которого закреплен карданов подвес с датчиками, маятника, жестко связанного с горизонтальной площадкой, катушкой индуктивности, жестко связанной с объектом и охватывающей датчики, двух усилительно-преобразовательных блоков, первые входы которых подключены к выходам соответствующих датчиков, двух фильтров нижних частот, входы которых подключены к выходам соответствующих усилительно-преобразовательных блоков через регистрирующие приборы, а выходы подключены к первым входам соответствующих датчиков, двух синхронных детекторов низкой частоты, входы которых подключены к выходам соответствующих усилительно-преобразовательных блоков, двух генераторов переменной ЭДС и генератора низкой частоты. При этом первый выход каждого из генераторов переменной ЭДС подключен к второму входу соответствующего усилительно-преобразовательного блока. Первый выход генератора низкой частоты подключен к вторым входам синхронных детекторов, а два других выхода подключены к выводам катушки индуктивности.A device for determining the angular position of a moving object [1], consisting of a two-component sensor formed by two one-component magnetosensitive sensors whose axes are perpendicular to the non-magnetic horizontal platform on which these sensors are located so that their axes are parallel to the platform, gimbal, on which is located said platform, of an object in the form of a hollow cylinder, to the body of which a gimbal is mounted with sensors, a pendulum rigidly connected to a horizontal platform, an inductance coil, rigidly connected to the object and covering the sensors, of two amplifier-converter blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the corresponding sensors, two low-pass filters, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding amplifier-converter blocks through recording devices, and the outputs are connected to the first the inputs of the respective sensors, two synchronous low-frequency detectors, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding amplifier-conversion units, two x variable EMF generators and LFO. In this case, the first output of each of the generators of the variable EMF is connected to the second input of the corresponding amplifier-conversion unit. The first output of the low-frequency generator is connected to the second inputs of synchronous detectors, and the other two outputs are connected to the terminals of the inductor.
Известное устройстве работает следующим образом. С помощью карданова подвеса площадка с двумя датчиками находится в горизонтальном положении. Стабилизация площадки в горизонтальном положении осуществляется с помощью маятника, поэтому оба датчика реагируют только на горизонтальную составляющую магнитного поля. Катушка индуктивности, охватывающая оба датчика, жестко связана с корпусом цилиндрического объекта. Ось катушки индуктивности перпендикулярна осям магниточувствительных датчиков, когда она, а значит и ось цилиндрического объекта, совпадают с вертикалью. В катушке индуктивности, подключенной к генератору низкой частоты, протекает низкочастотный ток, поэтому упомянутая катушка воспроизводит низкочастотное магнитное поле, на которое магниточувствительные датчики не реагируют, то есть переменное магнитное поле на них не действует, когда ось катушки совпадает с вертикалью. Если ось катушки индуктивности (ось цилиндрического объекта) отклонена от вертикали, то на датчики действует не только горизонтальная составляющая геомагнитного поля, но и переменное магнитное поле, воспроизводимое катушкой индуктивности. На вторые входы датчиков подаются с первых выходов соответствующих генераторов переменные ЭДС. В результате этого на выходе каждого из датчиков появляются ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна горизонтальной составляющей геомагнитного поля и горизонтальной составляющей переменного магнитного поля, воспроизводимого катушкой индуктивности, когда ось цилиндрического объекта отклонена от вертикали. Выходные сигналы с датчиков усиливаются и детектируются в соответствующих усилительно-преобразовательных блоках, поэтому выходные сигналы с усилительно-преобразовательных блоков пропорциональны измеряемым компонентам магнитной индукции. Для детектирования сигналов на вторые входы каждого усилительно-преобразовательного блока подается переменное напряжение с вторых выходов соответствующих генераторов переменной ЭДС. При этом каждый усилительно-преобразовательный блок состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора [1]. Выходной сигнал с выхода каждого усилительно-преобразовательного блока подается через регистрирующий прибор (микроамперметр) и фильтр нижних частот на первый вход соответствующего датчика, обеспечивая тем самым отрицательную обратную связь по измеряемой горизонтальной составляющей геомагнитного поля. Фильтры нижних частот препятствуют прохождению сигналов, пропорциональных переменному магнитному полю, воспроизводимому катушкой индуктивности, на первые входы соответствующих датчиков. Поэтому токи в цепях обратной связи пропорциональны горизонтальным составляющим геомагнитного поля. Сигналы с выходов усилительно-преобразовательных блоков подаются на первые входы соответствующих синхронных детекторов. На вторые входы этих детекторов подается переменное напряжение с генератора низкой частоты, поэтому сигналы на выходе каждого синхронного детектора пропорциональны амплитуде горизонтальной составляющей переменного магнитного поля. По измеренным составляющим переменного и постоянного магнитного поля определяют азимутальный и зенитный углы цилиндрического объекта.The known device operates as follows. Using a gimbal, the platform with two sensors is in a horizontal position. The stabilization of the site in a horizontal position is carried out using a pendulum, so both sensors respond only to the horizontal component of the magnetic field. An inductor covering both sensors is rigidly connected to the body of a cylindrical object. The axis of the inductor is perpendicular to the axes of the magnetically sensitive sensors when it, and therefore the axis of the cylindrical object, coincides with the vertical. A low-frequency current flows in an inductor connected to a low-frequency generator, therefore, the aforementioned coil reproduces a low-frequency magnetic field, to which magnetosensitive sensors do not respond, that is, an alternating magnetic field does not act on them when the axis of the coil coincides with the vertical. If the axis of the inductor (the axis of the cylindrical object) is deviated from the vertical, then the sensors are affected not only by the horizontal component of the geomagnetic field, but also by the alternating magnetic field reproduced by the inductor. From the first outputs of the respective generators, EMF variables are fed to the second inputs of the sensors. As a result of this, the second harmonic emf appears at the output of each of the sensors, each of which is proportional to the horizontal component of the geomagnetic field and the horizontal component of the alternating magnetic field reproduced by the inductor when the axis of the cylindrical object is deviated from the vertical. The output signals from the sensors are amplified and detected in the corresponding amplifier-converter blocks, therefore, the output signals from the amplifier-converter blocks are proportional to the measured components of the magnetic induction. To detect the signals, the second inputs of each amplifier-converter unit are supplied with alternating voltage from the second outputs of the corresponding variable emf generators. Moreover, each amplifier-conversion unit consists of a selective amplifier and a synchronous detector [1]. The output signal from the output of each amplifier-converter unit is fed through a recording device (microammeter) and a low-pass filter to the first input of the corresponding sensor, thereby providing negative feedback on the measured horizontal component of the geomagnetic field. Low-pass filters prevent the passage of signals proportional to the alternating magnetic field reproduced by the inductor to the first inputs of the respective sensors. Therefore, the currents in the feedback circuits are proportional to the horizontal components of the geomagnetic field. The signals from the outputs of the amplifier-converter blocks are fed to the first inputs of the corresponding synchronous detectors. The second inputs of these detectors are supplied with alternating voltage from a low-frequency generator; therefore, the signals at the output of each synchronous detector are proportional to the amplitude of the horizontal component of the alternating magnetic field. The measured components of an alternating and constant magnetic field determine the azimuth and zenith angles of a cylindrical object.
Известное техническое решение не обеспечивает определение визирного угла, а значит, информация об угловом положении цилиндрического объекта будет неполной. Кроме того, в известном техническом решении определяемые азимутальный и зенитный углы существенно зависят от переносных ускорений, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта.The known technical solution does not provide a definition of the target angle, which means that information about the angular position of the cylindrical object will be incomplete. In addition, in the known technical solution, the determined azimuthal and zenith angles substantially depend on portable accelerations due to the uneven speed of the translational motion and a change in the direction of movement of the object.
Известно устройство для определения углового положения подвижного объекта (корпуса измерительного скважинного зонда) [2], которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство [2] состоит из корпуса измерительного скважинного зонда, продольная ось которого совпадает с направлением буровой скважины, трехкомпонентного магнитометра, у которого оси магниточувствительного датчика взаимно ортогональны, трехкомпонентного акселерометра, оси чувствительности которого коллинеарны осям магниточувствительного датчика магнитометра и осям строительной системы координат OXYZ корпуса измерительного скважинного зонда с началом координат в точке 0, интерфейсного блока (регистрирующего блока), подключенного к выходам трехкомпонентного магнитометра и трехкомпонентного акселерометра, и электронно-вычислительной машины (вычислительного устройства), подключенной к регистрирующему блоку. При этом одна из осей OZ строительной системы координат OXYZ совпадает с продольной осью корпуса скважинного зонда, а значит и с направлением скважины, вторая ось ОХ перпендикулярна оси OZ и третья ось OY перпендикулярна осям ОХ и OZ. Взаимное расположение положительных направлений координатных осей ОХ, OY, OZ соответствует правой системе координат.A device for determining the angular position of a moving object (body measuring downhole probe) [2], which is the set of essential features closest to the proposed and taken as a prototype. The known device [2] consists of a body of a measuring borehole probe, the longitudinal axis of which coincides with the direction of the borehole, a three-component magnetometer, in which the axes of the magnetosensitive sensor are mutually orthogonal, a three-component accelerometer, the sensitivity axes of which are collinear to the axes of the magnetosensitive sensor of the magnetometer and the axes of the building coordinate system body OXYZ measuring probe with origin at point 0, interface unit (recording unit), connect nnogo to the outputs of the three-component magnetometer and a three-component accelerometer and the electronic computer (computing device) that is connected to the recording unit. In this case, one of the OZ axes of the construction coordinate system OXYZ coincides with the longitudinal axis of the body of the borehole probe, and therefore with the direction of the well, the second axis OX is perpendicular to the axis OZ and the third axis OY is perpendicular to the axes OX and OZ. The relative position of the positive directions of the coordinate axes OX, OY, OZ corresponds to the right coordinate system.
Известное устройство [2] работает следующим образом. По сигналам с трехкомпонентного магнитометра, пропорциональным проекциям вектора индукции геомагнитного поля, и сигналам с трехкомпонентного акселерометра, пропорциональным проекциям вектора ускорения силы тяжести на оси чувствительности упомянутого акселерометра, с помощью регистрирующего блока и вычислительного устройства определяют расчетным путем азимутальный, визирный и зенитный углы корпуса скважинного зонда, а значит определяют и угловое положение буровой скважины, в которой находится корпус скважинного зонда.The known device [2] operates as follows. The signals from the three-component magnetometer proportional to the projections of the geomagnetic field induction vector and the signals from the three-component accelerometer proportional to the projections of the gravity acceleration vector on the sensitivity axis of the mentioned accelerometer determine the azimuthal, sighting and zenith angles of the borehole probe using a recording unit and a computing device , and therefore determine the angular position of the borehole in which the body of the borehole probe is located.
Неравномерность движения корпуса скважинного зонда и случайные отклонения при движении корпуса этого зонда от выбранного направления (рыскания зонда) приводят к появлению на выходах трехкомпонентного акселерометра сигналов, пропорциональных не только проекциям вектора ускорения силы тяжести, но и проекциям векторов ускорений, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения корпуса скважинного зонда, что является одной из существенных причин погрешности определения углового положения корпуса скважинного зонда (подвижного объекта), а значит и буровой скважины. Кроме того, наличие магнитных возмущений от сотен до тысяч нанотесла [4] приводит к погрешности определения магнитного курса подвижного объекта до единиц угловых градусов, а следовательно, и к погрешности определения углового положения упомянутого объекта.The uneven motion of the borehole probe body and random deviations during the movement of the probe body from the selected direction (yaw of the probe) lead to the appearance at the outputs of the three-component accelerometer of signals proportional not only to the projections of the acceleration vector of gravity, but also to the projections of the acceleration vectors due to the uneven speed of the translational motion and a change in the direction of motion of the borehole probe body, which is one of the significant reasons for the error in determining the angular polo the housing of the borehole probe (moving object), and hence the borehole. In addition, the presence of magnetic perturbations from hundreds to thousands of nanobodies [4] leads to an error in determining the magnetic course of a moving object to units of angular degrees, and, consequently, to an error in determining the angular position of the said object.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства, исключающего влияние магнитных возмущений и существенно ослабляющего влияние ускорений объекта, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта на погрешность определения углового положения подвижного объекта. Поставленная задача решается за счет применения на подвижном объекте четырех трехкомпонентных акселерометров, реагирующих на соответствующие ускорения и размещенных на объекте определенным образом.The objective of the invention is to develop a device that eliminates the influence of magnetic disturbances and significantly attenuates the effect of accelerations of the object due to the uneven speed of translational motion and a change in the direction of movement of the object on the error in determining the angular position of the moving object. The problem is solved by using four three-component accelerometers on a moving object that respond to appropriate accelerations and are placed on the object in a certain way.
Предлагаемое устройство для определения углового положения подвижного объекта, включающее трехкомпонентный акселерометр, у которого оси чувствительности коллинеарны соответствующим строительным осям OX, OY, OZ системы координат OXYZ подвижного объекта с началом координат в точке 0, регистрирующий блок, подключенный к трехкомпонентному акселерометру, и вычислительное устройство, подключенное к регистрирующему блоку, снабжено вторым и третьим трехкомпонентными акселерометрами, подключенными к регистрирующему блоку, оси чувствительности второго и третьего акселерометров коллинеарны осям чувствительности первого акселерометра, одна из осей чувствительности первого акселерометра соосна с осью чувствительности третьего акселерометра, которая соосна с любой из двух строительных осей подвижного объекта, перпендикулярных строительной оси OZ, которая нормальна плоскости OXY подвижного объекта, при этом начало координат, точка 0, выбрана в месте центра тяжести подвижного объекта, а расстояния между акселерометрами и центром тяжести подвижного объекта выбраны из условия r1≫r12≪r13, где r1, r12, r13 - соответствующие расстояния между первым акселерометром и центром тяжести подвижного объекта, между первым и вторым акселерометрами, между первым и третьим акселерометрами.The proposed device for determining the angular position of a moving object, including a three-component accelerometer, in which the sensitivity axes are collinear to the corresponding building axes OX, OY, OZ of the coordinate system OXYZ of the moving object with the origin at point 0, a recording unit connected to a three-component accelerometer, and a computing device, connected to the recording unit, equipped with a second and third three-component accelerometers connected to the recording unit, the sensitivity axis the second and third accelerometers are collinear to the sensitivity axes of the first accelerometer, one of the sensitivity axes of the first accelerometer is aligned with the sensitivity axis of the third accelerometer, which is aligned with any of the two construction axes of the moving object perpendicular to the OZ construction axis, which is normal to the OXY plane of the moving object, with the origin , point 0, is selected at the center of gravity of the moving object, and the distances between the accelerometers and the center of gravity of the moving object are selected from the condition r 1 ≫r 1 2 ≪r 13 , where r 1 , r 12 , r 13 are the corresponding distances between the first accelerometer and the center of gravity of the moving object, between the first and second accelerometers, between the first and third accelerometers.
Применение в предлагаемом устройстве для определения углового положения подвижного объекта трехкомпонентного акселерометра, регистрирующего блока и вычислительного устройства в совокупности с вторым и третьим трехкомпонентными акселерометрами, размещенными на подвижном объекте и включенными между собой соответствующим образом, обеспечивает исключение влияния магнитных возмущений и существенное ослабление влияния ускорений объекта, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта, на погрешность определения углового положения упомянутого подвижного объекта.The use in the proposed device for determining the angular position of a moving object a three-component accelerometer, a recording unit and a computing device in conjunction with a second and third three-component accelerometers placed on a moving object and connected to each other accordingly, eliminates the influence of magnetic disturbances and significantly attenuates the influence of object accelerations, due to the uneven speed of translational motion and a change in direction of motion object, the error in determining the angular position of the said movable object.
Таким образом, технический результат предлагаемого изобретения выражается в исключении влияния магнитных возмущений и в существенном ослаблении влияния ускорений, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта, в частности от рыскания, на погрешность определения углов курса, крена, тангажа, что повышает точность определения углового положения подвижного объекта.Thus, the technical result of the invention is expressed in the exclusion of the influence of magnetic disturbances and in a significant weakening of the influence of accelerations due to the uneven speed of the translational motion and a change in the direction of movement of the object, in particular from yaw, on the error in determining the course angles, roll, pitch, which increases the accuracy of determination angular position of a moving object.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими графическими материалами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following graphic materials.
На чертеже изображена структурная схема устройства для определения углового положения подвижного объекта.The drawing shows a structural diagram of a device for determining the angular position of a moving object.
Предлагаемое устройство для определения углового положения подвижного объекта состоит (см. чертеж) из трехкомпонентных акселерометров 1-3, регистрирующего блока 4, подключенного к акселерометрам 1-3, вычислительного устройства 5, подключенного к блоку 4, и подвижного объекта 6, на котором размещены акселерометры 1-3, блок 4 и устройство 5. Оси чувствительности акселерометров 1-3 коллинеарны строительным осям ОХ, OY, OZ системы координат OXYZ объекта 6 с началом координат в точке 0, выбранной в месте центра тяжести подвижного объекта 6. Ось чувствительности акселерометра 1 соосна с осью чувствительности акселерометра 3, которая соосна с любой из двух строительных осей ОХ или OY, например ОХ, перпендикулярной строительной оси OZ, которая нормальна плоскости OXY объекта 6. Расстояния между акселерометрами 1-3 и центром тяжести объекта 6 точкой 0 выбраны из условия r1≫r12≪r13, где r1, r12, r13 - соответствующие расстояния между акселерометром 1 и центром тяжести объекта 6, между акселерометрами 1 и 2, между акселерометрами 1 и 3.The proposed device for determining the angular position of a moving object consists (see drawing) of three-component accelerometers 1-3, a recording unit 4 connected to accelerometers 1-3, a computing device 5 connected to block 4, and a movable object 6 on which the accelerometers are located 1-3, block 4 and device 5. The sensitivity axes of accelerometers 1-3 are collinear to the construction axes OX, OY, OZ of the coordinate system OXYZ of object 6 with the origin at the point 0 selected at the center of gravity of the moving object 6. The axis is sensitive accelerometer 1 is aligned with the sensitivity axis of accelerometer 3, which is aligned with either of the two OX or OY construction axes, for example OX, perpendicular to the OZ construction axis, which is normal to the OXY plane of object 6. The distances between the accelerometers 1-3 and the center of gravity of object 6 are point 0 are selected from the condition r 1 ≫r 12 ≪r 13 , where r 1 , r 12 , r 13 are the corresponding distances between the accelerometer 1 and the center of gravity of the object 6, between accelerometers 1 and 2, between accelerometers 1 and 3.
Предлагаемое устройство для определения углового положения подвижного объекта работает следующим образом. Сигналы с выходов каждого из акселерометров 1 и 3 (см. чертеж) пропорциональны, например, проекциям векторов ускорений, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта 6, и проекциям вектора ускорения силы тяжести, а сигналы с акселерометра 2 пропорциональны только проекциям векторов ускорений, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта 6 [5, 6]. Благодаря выбранному пространственному размещению акселерометров 1 и 2 на объекте 6 можно принять ускорения, обусловленные неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта 6, в местах размещения акселерометров 1 и 2 равными, что обеспечивает существенное ослабление влияния этих ускорений на погрешности определения направляющих косинусов n1i, n2i, n3i строительных осей ОХ, OY, OZ, являющихся функциями только углов крена и тангажа объекта в выбранной опорной системе координат, например географической системе координат, а следовательно, и обеспечивает повышение точности определения углового положения подвижного объекта 6, где i=1, 2, 3, ... - порядковый номер времени регистрации сигналов с акселерометров 1-3.The proposed device for determining the angular position of a moving object operates as follows. The signals from the outputs of each of the accelerometers 1 and 3 (see the drawing) are proportional, for example, to the projections of the acceleration vectors due to the non-uniformity of the translational velocity and the change in the direction of movement of the object 6, and the projections of the acceleration vector of gravity, and the signals from the accelerometer 2 are proportional only to the projections of the vectors accelerations due to the uneven speed of translational motion and a change in the direction of movement of the object 6 [5, 6]. Due to the selected spatial arrangement of the accelerometers 1 and 2 on the object 6, one can take accelerations due to the non-uniform speed of translational motion and a change in the direction of movement of the object 6 at the locations of the accelerometers 1 and 2 equal, which provides a significant weakening of the influence of these accelerations on the errors in determining the guide cosines n 1i , n 2i , n 3i of the construction axes OX, OY, OZ, which are functions of only the roll and pitch angles of the object in the selected reference coordinate system, for example, geographic coordinate system, and therefore, provides increased accuracy in determining the angular position of a moving object 6, where i = 1, 2, 3, ... is the serial number of the time of registration of signals from accelerometers 1-3.
Уравнения для определения n1i, n2i, n3i можно представить в следующем виде:The equations for determining n 1i , n 2i , n 3i can be represented as follows:
где ax1i, ay1i, az1i и ax2i, ay2i, az2i - проекции векторов ускорений, измеренные соответствующими акселерометрами 1 и 2; g - модуль вектора ускорения силы тяжести. Из уравнений (1)-(3) определяют углы крена θi и тангажа ψi объекта.where a x1i , a y1i , a z1i and a x2i , a y2i , a z2i are the projections of the acceleration vectors measured by the corresponding accelerometers 1 and 2; g is the module of the acceleration vector of gravity. From the equations (1) - (3) determine the angles of roll θ i and pitch ψ i of the object.
В результате выбранного пространственного размещения акселерометров на объекте ускорения ax1i≠ax3i, ay1i≠ay3i, az1i≠az3i при изменении ориентации осей ОХ, OY, OZ, где ax3i, ay3i, az3i - проекции векторов ускорений, измеренные акселерометром 3.As a result of the selected spatial arrangement of accelerometers on the acceleration object a x1i ≠ a x3i , a y1i ≠ a y3i , a z1i ≠ a z3i when the axes OX, OY, OZ change, where a x3i , a y3i , a z3i are projections of acceleration vectors, measured by accelerometer 3.
Ось чувствительности акселерометра 1 соосна с осью чувствительности акселерометра 3 и с осью ОХ. Проекции векторов ускорений на строительные оси ОХ, OY, OZ, измеренные соответствующими акселерометрами 1 и 3, обусловленные неравномерностью скорости поступательного движения объекта и вектором ускорения силы тяжести, равны. Поэтому разность проекций векторов ускорений (aх1i-aх3i) пропорциональна изменению угла отклонения продольной строительной оси ОХ за малый интервал времени [ti-1, ti], в течение которого эту разность ускорений можно принять постоянной [7], а разности проекций векторов ускорений (ay1i-ay3i), (az1i-az3i) равны разностям тангенциальных ускорений в местах размещения акселерометров 1 и 3. В таком случае, по известному расстоянию между акселерометрами 1 и 3, разности ускорений (ax1i-ax3i) и интервалу времени [ti-1, ti] определяют косинус угла отклонения продольной строительной оси ОХ объекта 6 за [ti-1, ti] интервал времени от известного предыдущего направления оси ОХ в ti-1 момент времени, в частности стартового углового положения объекта. Затем по известному косинусу угла отклонения оси ОХ, углу тангажа ψi, разности ускорений (ay1i-ay3i) и угловому положению объекта в ti-1 момент времени определяют угол курса φi объекта в ti момент времени в выбранной опорной системе координат.The sensitivity axis of the accelerometer 1 is aligned with the sensitivity axis of the accelerometer 3 and with the axis OX. The projections of the acceleration vectors on the OX, OY, OZ construction axes, measured by the corresponding accelerometers 1 and 3, due to the non-uniformity of the translational velocity of the object and the acceleration vector of gravity, are equal. Therefore, the difference in the projections of the acceleration vectors (a x1i-a x3i ) is proportional to the change in the deviation angle of the longitudinal construction axis OX for a small time interval [t i-1 , t i ], during which this acceleration difference can be taken constant [7], and the projection difference acceleration vectors (a y1i -a y3i ), (a z1i -a z3i ) are equal to the differences of the tangential accelerations at the locations of the accelerometers 1 and 3. In this case, according to the known distance between the accelerometers 1 and 3, the differences of the accelerations (a x1i -a x3i ) and the time interval [t i-1 , t i ] determine the cosine of the angle of deviation of the longitudinal of the construction axis OX of the object 6 for [t i-1 , t i ] the time interval from the known previous direction of the OX axis at t i-1 point in time, in particular the starting angular position of the object. Then, according to the known cosine of the angle of deviation of the OX axis, the pitch angle ψ i , the acceleration difference (a y1i -a y3i ) and the angular position of the object at t i-1 point in time, the course angle φ i of the object at t i point in time in the selected reference coordinate system is determined .
Таким образом, в предлагаемом техническом решении определение углового положения подвижного объекта осуществляется по измеренным ускорениям акселерометрами 1-3 (см. чертеж) и известным расстояниям между этими акселерометрами и центром тяжести подвижного объекта, что исключает влияние магнитных возмущений на погрешность определения углового положения подвижного объекта. Предлагаемое техническое решение по сравнению с аналогом и прототипом существенно ослабляет влияние ускорений, обусловленных неравномерностью скорости поступательного движения и изменением направления движения объекта, на погрешность определения углов крена и тангажа, что повышает точность определения угла курса, а следовательно, и углового положения подвижного объекта.Thus, in the proposed technical solution, the angular position of the moving object is determined from the measured accelerations by accelerometers 1-3 (see the drawing) and the known distances between these accelerometers and the center of gravity of the moving object, which excludes the influence of magnetic disturbances on the error in determining the angular position of the moving object. The proposed technical solution, in comparison with the analogue and prototype, significantly reduces the influence of accelerations due to the uneven speed of translational motion and a change in the direction of movement of the object on the error in determining the roll and pitch angles, which increases the accuracy of determining the angle of the course, and therefore the angular position of the moving object.
Применение в предлагаемом техническом решении трехкомпонентных акселерометров связано не только с решением задачи определения углового положения подвижного объекта, но и с привязкой осей чувствительности к опорной системе координат [8] и с возможностью определения координат и направления движения объекта как при отсутствии, так и при наличии дрейфа подвижного объекта.The use in the proposed technical solution of three-component accelerometers is associated not only with the solution of the problem of determining the angular position of a moving object, but also with the binding of the sensitivity axes to the reference coordinate system [8] and with the possibility of determining the coordinates and direction of movement of the object both in the absence and in the presence of drift moving object.
В предлагаемом техническом решении акселерометры 1-3 (фиг.1) могут быть выполнены на базе однокомпонентных акселерометров обоих типов [5, 6]. В качестве регистрирующего блока 4 и вычислительного устройства 5 можно использовать преобразователь измерительный многоканальный ПИМ-1 (сертификат №15660, Госстандарт России).In the proposed technical solution, accelerometers 1-3 (Fig. 1) can be performed on the basis of one-component accelerometers of both types [5, 6]. As the recording unit 4 and computing device 5, you can use the measuring transducer multichannel PIM-1 (certificate No. 15660, Gosstandart of Russia).
ЛитератураLiterature
1. Афанасьев Ю.В. Феррозонды. - Л.: Энергия. 1969. 168 с.1. Afanasyev Yu.V. Fluxgates. - L .: Energy. 1969.168 s.
2. Алимбеков Р.И., Зайко А.И. Аппаратно-программный комплекс для измерения пространственных углов // Измерительная техника. 2004. №12. С.27-29.2. Alimbekov R.I., Zayko A.I. Hardware-software complex for measuring spatial angles // Measuring equipment. 2004. No. 12. S.27-29.
3. Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. - Л.: Энергоатомиздат. 1986. 188 с.3. Afanasyev Yu.V. Fluxgate devices. - L .: Energoatomizdat. 1986. 188 p.
4. Яновский Б.М. Земной магнетизм. - Л.: ЛГУ. 1978. 592 с.4. Yanovsky B.M. Terrestrial magnetism. - L .: LSU. 1978. 592 p.
5. Девятисильный А.С. Измерение линейных ускорений с использованием оптического излучения // Измерительная техника. 2004. №10. С.31-32.5. Nine-strong A.S. Measurement of linear accelerations using optical radiation // Measuring technique. 2004. No. 10. S.31-32.
6. Мельников В.Е. Электромеханические преобразователи на базе кварцевого стекла. М.: Машиностроение. 1984. 159 с.6. Melnikov V.E. Electromechanical converters based on quartz glass. M .: Engineering. 1984. 159 p.
7. Одинова И.В., Блюмин Г.Д., Карпухин А.В. Теория и конструкция гироскопических приборов и систем. - М.: Высшая школа. 1971. 508 с.7. Odinova I.V., Blumin G.D., Karpukhin A.V. Theory and design of gyroscopic devices and systems. - M .: Higher school. 1971. 508 p.
8. Смирнов Б.М. Привязка осей трехкомпонентного магнитометрического датчика к осам навигационной системы ферромагнитного подвижного объекта // Измерительная техника. 2004. №7. С.27-31.8. Smirnov B.M. Binding the axes of a three-component magnetometric sensor to the axes of the navigation system of a ferromagnetic moving object // Measuring technique. 2004. No. 7. S.27-31.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006101354/28A RU2302006C1 (en) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | Arrangement for definition of an angular position of a mobile object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006101354/28A RU2302006C1 (en) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | Arrangement for definition of an angular position of a mobile object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2302006C1 true RU2302006C1 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=38315605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006101354/28A RU2302006C1 (en) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | Arrangement for definition of an angular position of a mobile object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2302006C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475862C1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ГОУ ВПО ТУСУР) | Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method |
| RU2475863C1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ГОУ ВПО ТУСУР) | Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method |
| RU2491507C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Meter of angular position of item |
| RU2516697C2 (en) * | 2012-08-06 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of aircraft bank measurement and device to this end |
| RU2521435C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Polarisation-phase method of measuring angle of roll of mobile object and radio navigation system for realising said method |
| RU2528170C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Method to measure pitch angle of aircraft and radio navigation system for its implementation |
| RU2759446C1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-11-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Method for determining orientation relative to the horizon plane |
-
2006
- 2006-01-17 RU RU2006101354/28A patent/RU2302006C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475862C1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ГОУ ВПО ТУСУР) | Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method |
| RU2475863C1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ГОУ ВПО ТУСУР) | Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method |
| RU2491507C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Meter of angular position of item |
| RU2516697C2 (en) * | 2012-08-06 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of aircraft bank measurement and device to this end |
| RU2521435C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Polarisation-phase method of measuring angle of roll of mobile object and radio navigation system for realising said method |
| RU2528170C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Method to measure pitch angle of aircraft and radio navigation system for its implementation |
| RU2759446C1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-11-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Method for determining orientation relative to the horizon plane |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107272069B (en) | Magnetic target method for tracing based on magnetic anomaly gradient | |
| RU2302006C1 (en) | Arrangement for definition of an angular position of a mobile object | |
| Včelák et al. | Errors of AMR compass and methods of their compensation | |
| CN106546235B (en) | A kind of locating magnetic objects method based on carrier compensation | |
| US20020171427A1 (en) | Magnetic anomaly sensing system and methods for maneuverable sensing platforms | |
| CN105091880A (en) | Method for tracking and positioning underwater long-distance magnetic object based on scalar sensor array | |
| CN109407159A (en) | A kind of earth magnetism total factor sensor attitude error calibration method | |
| Vissière et al. | Using distributed magnetometers to increase IMU-based velocity estimation into perturbed area | |
| RU2278356C1 (en) | Arrangement for definition of angular position of a movable object | |
| US7832111B2 (en) | Magnetic sensing device for navigation and detecting inclination | |
| RU2319157C1 (en) | Device for determination of angular position of vehicle | |
| Wiegert | Magnetic STAR technology for real-time localization and classification of unexploded ordnance and buried mines | |
| RU2285931C1 (en) | Device for determining angular position of moveable object | |
| RU2306529C2 (en) | Device for determining angular position of movable object | |
| RU2257546C1 (en) | Arrangement for determination of an angular position of a moving object(variants) | |
| RU2587111C1 (en) | Method of surveying geomagnetic field in water area with towed magnetometer and device therefor | |
| Djapic et al. | Challenges in underwater navigation: Exploring magnetic sensors anomaly sensing and navigation | |
| Wiegert | Magnetic anomaly guidance system for mine countermeasures using autonomous underwater vehicles | |
| RU2206109C1 (en) | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2479859C2 (en) | Method for determining acceleration of gravity force on moving object, and device for determining acceleration of gravity force on moving object | |
| RU2247942C1 (en) | Inclinometer | |
| RU2261324C1 (en) | Device for angular borehole position determination (variants) | |
| RU2257594C1 (en) | Device for measuring parameters characterizing magnetization of moving object | |
| RU2759799C1 (en) | Method and device for control of magnetic state of objects | |
| RU190429U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110118 |