RU2456546C1 - Strap-down attitude reference system - Google Patents

Strap-down attitude reference system Download PDF

Info

Publication number
RU2456546C1
RU2456546C1 RU2010151586/28A RU2010151586A RU2456546C1 RU 2456546 C1 RU2456546 C1 RU 2456546C1 RU 2010151586/28 A RU2010151586/28 A RU 2010151586/28A RU 2010151586 A RU2010151586 A RU 2010151586A RU 2456546 C1 RU2456546 C1 RU 2456546C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular velocity
input
output
calculator
velocity sensors
Prior art date
Application number
RU2010151586/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Борисович Богданов (RU)
Максим Борисович Богданов
Алексей Вячеславович Прохорцов (RU)
Алексей Вячеславович Прохорцов
Валерий Викторович Савельев (RU)
Валерий Викторович Савельев
Надежда Дмитриевна Юдакова (RU)
Надежда Дмитриевна Юдакова
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2010151586/28A priority Critical patent/RU2456546C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2456546C1 publication Critical patent/RU2456546C1/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: strapdown attitude reference system, consisting of three uniaxial angular velocity sensors whose outputs are connected to corresponding computer inputs, also includes a computer of compensation signals caused by the effect of multiplicative errors of the angular velocity sensors, whose respective inputs are connected to outputs of the angular velocity sensors. Outputs of the unit for calculating compensation signals are connected to the computer inputs.
EFFECT: use of the invention enables to determine angular velocity in a base coordinate system and alignment parameters of an object which do not contain errors caused by the effect multiplicative errors of angular velocity sensors.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в бесплатформенных инерциальных системах ориентации и навигации.The invention relates to measuring technique and can be used in strapdown inertial orientation and navigation systems.

Известны бесплатформенные системы ориентации, имеющие в своем составе измерительный блок, состоящий из трех одноосных датчиков угловой скорости и вычислитель [Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. - С.-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 1999 г.]. В таких системах для повышения точности применяется фильтрация Калмана, которая требует значительных вычислительных ресурсов и может применятся не ко всем типам подвижных объектов.Known strapform orientation systems incorporating a measuring unit consisting of three uniaxial angular velocity sensors and a computer [Integrated orientation and navigation systems for marine moving objects. Anuchin O.N., Emelyantsev G.I. - St. Petersburg: Central Research Institute "Elektropribor", 1999]. In such systems, to improve accuracy, Kalman filtering is used, which requires significant computational resources and may not be applied to all types of moving objects.

Известны бесплатформенные системы ориентации, имеющие в своем составе измерительный блок, состоящий из трех одноосных датчиков угловой скорости, и вычислитель [Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: Учеб. для вузов по спец. «Гироскопические приборы и устройства» / Д.С.Пельпор, И.А.Михалев, В.А.Бауман и др.; под ред. Д.С.Пельпора. - 2-е изд., перераб. доп. - М.: Высш. шк., 1988. - С.316-336].Known strapform orientation systems, incorporating a measuring unit, consisting of three uniaxial angular velocity sensors, and a computer [Gyroscopic systems. Gyroscopic devices and systems: Textbook. for universities for special. “Gyroscopic instruments and devices” / D.S. Pelpor, I.A. Mikhalev, V.A. Bauman and others; under the editorship of D.S. Pelpora. - 2nd ed., Revised. add. - M .: Higher. Shk., 1988. - S. 316-336].

Такие бесплатформенные системы ориентации предназначены для определения параметров ориентации подвижного объекта. В них датчиками угловой скорости измеряется угловая скорость объекта в связанной с ним системе координат и с помощью вычислителя осуществляется аналитическое построение базовой системы координат (например, нормальной земной системы координат), по отношению к которой определяют параметры ориентации подвижного объекта.Such strapdown orientation systems are designed to determine the orientation parameters of a moving object. In them, the angular velocity sensors measure the angular velocity of the object in the coordinate system associated with it and using the calculator, the analytical construction of the base coordinate system (for example, the normal earth coordinate system) is carried out, in relation to which the orientation parameters of the moving object are determined.

Недостатком является недостаточная точность системы ориентации и то, что такие устройства не учитывают влияние мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, что приводит к дрейфу аналитически построенной базовой системы координат, при этом скорость дрейфа зависит от частот, амплитуд и фаз колебаний подвижного объекта.The disadvantage is the insufficient accuracy of the orientation system and the fact that such devices do not take into account the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors, which leads to the drift of the analytically constructed basic coordinate system, while the drift velocity depends on the frequencies, amplitudes, and phases of the oscillations of the moving object.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности бесплатформенной системы ориентации за счет уменьшения погрешностей в определении параметров ориентации подвижного объекта, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости.The technical task of the present invention is to improve the accuracy of the strapdown orientation system by reducing errors in determining the orientation parameters of a moving object, due to the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors.

Поставленная задача достигается тем, что в бесплатформенную систему ориентации, состоящую из первого, второго и третьего одноосных датчиков угловой скорости и вычислителя, причем выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом вычислителя, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом вычислителя, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом вычислителя, дополнительно введен блок вычисления компенсационных сигналов, при этом выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом блока вычисления компенсационных сигналов, первый выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя, второй выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с пятым входом вычислителя, третий выход блока компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя.The problem is achieved in that in a strap-on orientation system consisting of the first, second and third uniaxial angular velocity sensors and a calculator, the output of the first angular velocity sensor connected to the first input of the calculator, the output of the second angular velocity sensor connected to the second input of the calculator, the output of the third the angular velocity sensor is connected to the third input of the calculator, an additional unit for calculating the compensation signals is introduced, while the output of the first angular velocity sensor is connected to the output input of the compensation signal calculation unit, the output of the second angular velocity sensor is connected to the second input of the compensation signal calculation unit, the output of the third angular velocity sensor is connected to the third input of the compensation signal calculation unit, the first output of the compensation signal calculation unit is connected to the fourth input of the calculator, the second output of the unit the calculation of the compensation signals is connected to the fifth input of the calculator, the third output of the block of compensation signals is connected to the fourth input of the subtract numerator.

На фигуре приведена конструктивная схема бесплатформенной системы ориентации.The figure shows a structural diagram of a strapdown orientation system.

Бесплатформенная система ориентации состоит из первого - 1, второго - 2 и третьего - 3 одноосных датчиков угловой скорости, блока вычисления компенсационных сигналов - 4 и вычислителя - 5. Выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом 9 вычислителя и с первым входом 6 блока вычисления компенсационных сигналов. Выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом 10 вычислителя и с вторым входом 7 блока вычисления компенсационных сигналов. Выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом 11 вычислителя и с третьим входом 8 блока вычисления компенсационных сигналов. Первый выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом 12 вычислителя, второй выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с пятым входом 13 вычислителя, третий выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом 14 вычислителя.The strapdown orientation system consists of the first - 1, second - 2, and third - 3 uniaxial angular velocity sensors, a compensation signal calculation unit - 4, and a calculator - 5. The output of the first angular velocity sensor is connected to the first input 9 of the calculator and to the first input 6 of the calculation unit compensation signals. The output of the second angular velocity sensor is connected to the second input 10 of the calculator and to the second input 7 of the block for calculating the compensation signals. The output of the third angular velocity sensor is connected to the third input 11 of the calculator and to the third input 8 of the block for calculating the compensation signals. The first output of the compensation signal calculation unit is connected to the fourth input of the calculator 12, the second output of the compensation signal calculation unit is connected to the fifth input of the calculator 13, the third output of the compensation signal calculation unit is connected to the fourth input of the calculator 14.

Бесплатформенная система ориентации работает следующим образом.The strapdown orientation system works as follows.

Сигналы с датчиков абсолютной угловой скорости поступают в вычислитель, а также в дополнительно введенный блок вычисления компенсационных сигналов.The signals from the absolute angular velocity sensors are sent to the calculator, as well as to the additionally introduced compensation signal calculation block.

В дополнительно введенном блоке вычисления компенсационных сигналов на основании сигналов, поступающих с датчиков абсолютной угловой скорости, вычисляются скорости нарастания погрешностей в определении параметров ориентации подвижного объекта, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости по следующим формулам:In the additionally introduced block for calculating compensation signals based on the signals from the absolute angular velocity sensors, the slew rate of errors in determining the orientation parameters of a moving object, due to the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors, is calculated according to the following formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

Figure 00000004
- скорость нарастания погрешности в определении угла курса, обусловленная влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости;
Figure 00000004
- the rate of rise of the error in determining the angle of the course, due to the influence of the multiplicative errors of the sensors of angular velocity;

Figure 00000005
- скорость нарастания погрешности в определении угла тангажа, обусловленная влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости;
Figure 00000005
- the rate of rise of the error in determining the pitch angle, due to the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors;

Figure 00000006
- скорость нарастания погрешности в определении угла курса, обусловленная влиянием, мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости;
Figure 00000006
- the rate of increase of the error in determining the course angle, due to the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors;

Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
; K1, K2, K3 - номинальные значения коэффициентов передачи датчиков угловых скоростей, первого, второго и третьего соответственно; ΔK1, ΔK2, ΔK3 - изменения коэффициентов передачи датчиков угловых скоростей первого, второго и третьего соответственно, определяющие мультипликативные погрешности датчиков угловой скорости;
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
; K 1 , K 2 , K 3 - nominal values of the transmission coefficients of the angular velocity sensors, the first, second and third, respectively; ΔK 1 , ΔK 2 , ΔK 3 - changes in the transmission coefficients of the angular velocity sensors of the first, second and third, respectively, determining the multiplicative errors of the angular velocity sensors;

ψm, υm, γm, ν, φψ, φυ, φγ - амплитуды, частота и фазы колебаний подвижного объекта по курсу, тангажу и крену.ψ m , υ m , γ m , ν, φ ψ , φ υ , φ γ are the amplitudes, frequency, and phases of oscillations of the moving object at the heading, pitch, and roll.

Далее сигналы с блока вычисления компенсационных сигналов поступают в вычислитель, где учитываются при вычислении параметров ориентации.Further, the signals from the compensation signal calculation unit are sent to the calculator, where they are taken into account when calculating the orientation parameters.

Проведенное моделирование показало, что при построении бесплатформенной системы ориентации на указанных принципах погрешности в определении параметров ориентации, обусловленные влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, значительно уменьшаются, то есть точность повышается.The simulation showed that when constructing a strapdown orientation system on the above principles, the errors in the determination of orientation parameters due to the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors are significantly reduced, that is, the accuracy increases.

Таким образом, использование изобретения позволяет определять угловые скорости в базовой системе координат и параметры ориентации объекта, не содержащие погрешностей, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости.Thus, the use of the invention allows to determine the angular velocity in the base coordinate system and the orientation parameters of the object that do not contain errors due to the influence of the multiplicative errors of the angular velocity sensors.

Claims (1)

Бесплатформенная система ориентации, состоящая из первого, второго и третьего одноосного датчика угловой скорости и вычислителя, причем выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом вычислителя, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом вычислителя, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом вычислителя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен блок вычисления компенсационных сигналов, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, при этом выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом блока вычисления компенсационных сигналов, первый выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя, второй выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с пятым входом вычислителя, третий выход блока компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя. A strapdown orientation system consisting of a first, second, and third uniaxial angular velocity sensor and a calculator, the output of the first angular velocity sensor connected to the first input of the calculator, the output of the second angular velocity sensor connected to the second input of the calculator, the output of the third angular velocity sensor connected to the third input a calculator, characterized in that it additionally includes a unit for calculating compensation signals due to the influence of multiplicative errors of the angular velocity sensors at the same time, the output of the first angular velocity sensor is connected to the first input of the compensation signal calculation unit, the output of the second angular velocity sensor is connected to the second input of the compensation signal calculation unit, the output of the third angular velocity sensor is connected to the third input of the compensation signal calculation unit, the first output of the calculation unit compensation signals connected to the fourth input of the calculator, the second output of the unit for calculating compensation signals connected to the fifth input of the calculator, the third output One block of compensation signals is connected to the fourth input of the calculator.
RU2010151586/28A 2010-12-16 2010-12-16 Strap-down attitude reference system RU2456546C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010151586/28A RU2456546C1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Strap-down attitude reference system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010151586/28A RU2456546C1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Strap-down attitude reference system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2456546C1 true RU2456546C1 (en) 2012-07-20

Family

ID=46847493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010151586/28A RU2456546C1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Strap-down attitude reference system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2456546C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488843C1 (en) * 2012-02-13 2013-07-27 Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Device for joint treatment of course measurement results in mobile device by gnss-compass and stabiliser gyrocompass

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708438A (en) * 1994-11-25 1998-01-13 Sony Corporation Angular velocity calculating apparatus for navigation apparatus
RU2123665C1 (en) * 1997-05-28 1998-12-20 Центральный научно-исследовательский институт им.академика А.Н.Крылова Platform-free inertial navigation system of submersible vehicle
RU2154810C2 (en) * 1998-03-19 2000-08-20 Литманович Юрий Аронович Gimballess attitude control system
US6634207B1 (en) * 2000-10-10 2003-10-21 Litton Systems, Inc. Accelerometer compensation in an inertial navigation system
RU2249791C2 (en) * 2003-06-24 2005-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Луч" Platform-free inertial attitude-and-heading reference system
RU2282199C1 (en) * 2005-03-28 2006-08-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Platform-less orientation system
RU2368871C2 (en) * 2007-03-19 2009-09-27 Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" Platform-free inertial metering converter
RU87518U1 (en) * 2009-03-19 2009-10-10 Алексей Владимирович Лочехин INTEGRATED ORIENTATION AND NAVIGATION SYSTEM BASED ON THE CARDLESS ELECTROSTATIC GYROSCOPE AND MICROMECHANICAL SENSORS

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708438A (en) * 1994-11-25 1998-01-13 Sony Corporation Angular velocity calculating apparatus for navigation apparatus
RU2123665C1 (en) * 1997-05-28 1998-12-20 Центральный научно-исследовательский институт им.академика А.Н.Крылова Platform-free inertial navigation system of submersible vehicle
RU2154810C2 (en) * 1998-03-19 2000-08-20 Литманович Юрий Аронович Gimballess attitude control system
US6634207B1 (en) * 2000-10-10 2003-10-21 Litton Systems, Inc. Accelerometer compensation in an inertial navigation system
RU2249791C2 (en) * 2003-06-24 2005-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Луч" Platform-free inertial attitude-and-heading reference system
RU2282199C1 (en) * 2005-03-28 2006-08-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Platform-less orientation system
RU2368871C2 (en) * 2007-03-19 2009-09-27 Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" Platform-free inertial metering converter
RU87518U1 (en) * 2009-03-19 2009-10-10 Алексей Владимирович Лочехин INTEGRATED ORIENTATION AND NAVIGATION SYSTEM BASED ON THE CARDLESS ELECTROSTATIC GYROSCOPE AND MICROMECHANICAL SENSORS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488843C1 (en) * 2012-02-13 2013-07-27 Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Device for joint treatment of course measurement results in mobile device by gnss-compass and stabiliser gyrocompass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2406973C2 (en) Method for calibration of platform-free inertial navigation systems
RU2007137197A (en) NAVIGATION COMPLEX, DEVICE FOR CALCULATING SPEEDS AND COORDINATES, FREE FORMER INERIAL COURSE VERTICAL, METHOD FOR CORRECTION OF INERTIAL SENSORS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
CN103512584A (en) Navigation attitude information output method, device and strapdown navigation attitude reference system
Gao et al. Tightly coupled integration of ionosphere-constrained precise point positioning and inertial navigation systems
CN112800159B (en) Map data processing method and device
CN103900559A (en) High precision attitude resolving system based on interference estimation
US20160370188A1 (en) Inertial device, control method and program
RU2539140C1 (en) Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle
WO2018198641A1 (en) Positioning device, positioning system, positioning method, and positioning program
Abdelfatah et al. FPGA-based real-time embedded system for RISS/GPS integrated navigation
US10670405B2 (en) Inertial measurement unit management with reduced rotational drift
RU2456546C1 (en) Strap-down attitude reference system
Guo et al. Kalman filtering for GPS/magnetometer integrated navigation system
El-Diasty An accurate heading solution using MEMS-based gyroscope and magnetometer integrated system (preliminary results)
Zhu et al. An improved initial alignment method for rocket navigation systems
CN108061549A (en) A kind of high speed angular speed output and calibration method
RU2539131C1 (en) Strapdown integrated navigation system of average accuracy for mobile onshore objects
Wang et al. Robust wavelet-based inertial sensor error mitigation for tightly coupled GPS/BDS/INS integration during signal outages
RU2602342C2 (en) Device for determining spatial orientation angles of aircraft
WO2015192599A1 (en) Positioning method and device and storage medium
Kamil et al. Low-cost object tracking with MEMS sensors, Kalman filtering and simplified two-filter-smoothing
RU2282199C1 (en) Platform-less orientation system
RU2526585C2 (en) Determination of stationary wave orientation angle in solid-state wave gyro
RU2634071C1 (en) Method for determining navigational parameters and strapdown inertial navigation system for its implementation
RU154196U1 (en) ANGULAR SPEED SENSOR ON THE BASIS OF MICROMECHANICAL GYROSCOPES

Legal Events

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

Effective date: 20121217