RU2536365C1 - Apparatus for monitoring inertial navigation system - Google Patents
Apparatus for monitoring inertial navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536365C1 RU2536365C1 RU2013125214/08A RU2013125214A RU2536365C1 RU 2536365 C1 RU2536365 C1 RU 2536365C1 RU 2013125214/08 A RU2013125214/08 A RU 2013125214/08A RU 2013125214 A RU2013125214 A RU 2013125214A RU 2536365 C1 RU2536365 C1 RU 2536365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- coordinate
- multiplier
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области контроля исправности систем управления маневренных подвижных объектов и, в частности, к средствам комплексного аппаратурно безызбыточного контроля платформенных инерциальных навигационных систем, пилотируемых и беспилотных наземных, воздушных и космических аппаратов, минимального веса, габаритов, энергопотребления, сложности и стоимости. Оно также может быть использовано для создания простых и высоконадежных средств контроля и резервных каналов пилотажно-навигационных систем современного самолета, защищенных от отказов и сбоев основной многократно резервированной сложной гироинерциальной системы управления.The invention relates to the field of monitoring the operability of control systems of maneuverable moving objects and, in particular, to the means of complex hardware-redundant monitoring of platform inertial navigation systems, manned and unmanned ground, air and spacecraft, minimum weight, dimensions, power consumption, complexity and cost. It can also be used to create simple and highly reliable means of control and backup channels for flight and navigation systems of a modern aircraft, protected from failures and failures of the main multiple redundant complex gyro-inertial control system.
Известно устройство контроля пилотажно-навигационной системы самолета ИЛ-86 [Воробьев В.Г., Глухов В.В, Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992. С.290, 368, 375; Морозов В.В., Баринова Т.В. Приборное оборудование самолета ИЛ-86 и его эксплуатация. Учебное пособие. Ульяновск: Центр ГА СЭВ, 1989], в котором широко применяется аппаратная избыточность датчиков курса, рыскания, тангажа, крена трех инерциальных навигационных систем (ИНС), резервированных блоков датчиков угловых скоростей (БДГ), датчиков скоростей и других приборов, реализуемых мажоритарными блоками контроля крена (БКК), базовой системой курса и вертикали (БСКВ), блоком формирования команд (БФК). Среднее значение трех одноименных полетных параметров с мажоритарного блока сравнивается с выходными сигналами датчиков и по рассогласованию делается вывод об исправности соответствующего датчика системы. При этом обеспечивается высокая информационная производительность контроля платформенной ИНС I1=IVξ+IVη+IVζ+Iψ+Iϑ+Iγ=0,698 бит/с [1, с.11-13]. Трехкратное увеличение веса, габаритов, энергопотребления, стоимости приборного оборудования с целью повышения безопасности полета здесь вполне допустимо. Однако сложность контроля, и как следствие его низкая надежность и достоверность обнаружения отказа именно датчиков комплекса, содержащего например типовые элементы: платформенную инерциальную навигационную систему ИНС-2000 (среднее время наработки на отказ TИНС=1000 час), бортовую цифровую вычислительную машину БЦВМ 80-30301 (среднее время наработки на отказ TБЦВМ=18000 час), делает его малоэффективным по достоверности PД1=0,526 и времени достоверного контроля TД1=3,1 час, для времени полета t=2 часа. Это требует большого объема регламентных, предполетных работ [2, 3]. Надежность платформенной инерциальной навигационной системы, состоящей из трех ИНС-2000 и БЦВМ 80-30301, здесь очень велика и составляет T=16300 час. Весовые G1=21×3+8=71 кг и габаритные характеристики V1=(385×264×195)×3+(140×140×22)×2=60322 см3 значительны. Устройство исключительно затратно, так как его работа связана с расходом ресурса сразу трех весьма дорогих инерциальных систем.A control device for the flight control and navigation system of the aircraft IL-86 [Vorobev V.G., Glukhov V.V., Kadyshev I.K. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. M .: Transport, 1992. S.290, 368, 375; Morozov V.V., Barinova T.V. Instrumentation of the aircraft IL-86 and its operation. Tutorial. Ulyanovsk: Center for GA SEV, 1989], in which hardware redundancy of heading, yaw, pitch, and roll sensors of three inertial navigation systems (ANS), redundant blocks of angular velocity sensors (BDG), speed sensors, and other devices sold by majority control units is widely used roll (BKK), the basic course and vertical system (BSKV), the unit for the formation of teams (BFK). The average value of the three flight parameters of the same name from the majority block is compared with the output signals of the sensors and, after a mismatch, a conclusion is made about the serviceability of the corresponding sensor of the system. This ensures high information performance monitoring platform ANN I 1 = I Vξ + I Vη + I Vζ + I ψ + I ϑ + I γ = 0.698 bit / s [1, pp. 11-13]. Three-fold increase in weight, dimensions, energy consumption, the cost of instrumentation in order to improve flight safety is quite acceptable here. However, the complexity of the control, and as a result, its low reliability and reliability of failure detection of precisely the sensors of the complex, containing for example typical elements: the INS-2000 platform inertial navigation system (average MTBF T INS = 1000 hours), on-board digital computer BTsVM 80- 30301 (mean time between failures T BCMC = 18000 hours), makes it ineffective in reliability P D1 = 0.526 and reliable control time T D1 = 3.1 hours, for flight time t = 2 hours. This requires a large amount of scheduled, preflight operations [2, 3]. The reliability of the platform inertial navigation system, which consists of three ANN-2000 and BTsVM 80-30301, is very high here and is T = 16300 hours. Weighted G 1 = 21 × 3 + 8 = 71 kg and overall characteristics V 1 = (385 × 264 × 195) × 3 + (140 × 140 × 22) × 2 = 60322 cm 3 are significant. The device is extremely expensive, since its operation is associated with the consumption of a resource of three very expensive inertial systems.
Известны устройства контроля инерциальных навигационных систем с применением наблюдателей состояния, объединяемых фильтром Калмана или Льюенбергера [Кузовков Н.Т. Системы стабилизации летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1976, с.191-205; Авиациионная радионавигация: Справочник. Под ред. А.А. Сосновского. М.: Транспорт, 1990. с.30-31; Колодежный Л.П., Чернодаров А.В. Надежность и техническая диагностика. М.: Изд. ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, 2010. с.178]. Наблюдатель состояния строится на основе модели объекта контроля и помех, подключенной параллельно и охваченной дополнительной обратной связью по сигналу рассогласования модели и объекта. Модель объекта контроля, как правило, имеет упрощенный линеаризованный характер. При этом коэффициент обратной связи выбирается таким образом, чтобы выход модели как можно точнее совпадал с выходом контролируемой инерциальной навигационной системы. Следя за величиной рассогласования, можно осуществить непрерывный контроль за исправностью системы. Основная трудность в реализации устройства заключается в определении переменных коэффициентов обратной связи по адекватной модели сложной и размерной платформенной инерциальной навигационной системы и нестационарных корреляционных функций ее случайных помех [4, с.205; 5, с.111, 125, 128, 132 и др.].Known control devices for inertial navigation systems using state observers combined by a Kalman or Lewenberger filter [N. Kuzovkov Aircraft stabilization systems. M .: Higher school, 1976, pp. 191-205; Aviation Radio Navigation: A Handbook. Ed. A.A. Sosnovsky. M .: Transport, 1990.p.30-31; Kolodezhny L.P., Chernodarov A.V. Reliability and technical diagnostics. M .: Publishing. VVA them. prof. NOT. Zhukovsky and Yu.A. Gagarina, 2010. p.178]. The state observer is built on the basis of the model of the monitoring and interference object, connected in parallel and covered by additional feedback on the model and object mismatch signal. The model of the control object, as a rule, has a simplified linearized character. In this case, the feedback coefficient is selected so that the model output matches the output of the controlled inertial navigation system as closely as possible. By monitoring the magnitude of the mismatch, you can continuously monitor the health of the system. The main difficulty in the implementation of the device lies in the determination of variable feedback coefficients using an adequate model of a complex and dimensional platform inertial navigation system and non-stationary correlation functions of its random interference [4, p.205; 5, p. 111, 125, 128, 132, etc.].
Известно устройство контроля платформенной инерциальной навигационной системы в предполетном состоянии [Воробьев В.Г., Глухов В.В., Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992. с.374-375]. После горизонтальной стабилизации гироплатформы, проверка исправности производится по условию, что сумма квадратов выходных сигналов коррекции гироскопов должна быть равна квадрату напряжения, соответствующего угловой скорости вращения Земли. Информационная производительность здесь I2=IωX+IωY+IωZ=2,843 бит/с [1, с.11-13]. Контроль возможен только в предполетном режиме работы инерциальной системы и ограничен сигналами угловых скоростей платформы. Информация об угловой ориентации, линейных скоростях летательного аппарата, на котором располагается инерциальная навигационная система, не контролируется.A device for monitoring the platform inertial navigation system in the pre-flight state [Vorobev V.G., Glukhov V.V., Kadyshev I.K. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. M.: Transport, 1992. S. 374-375]. After horizontal stabilization of the gyro platform, a health check is performed on the condition that the sum of the squares of the output signals of the correction of the gyroscopes should be equal to the square of the voltage corresponding to the angular velocity of the Earth's rotation. Information capacity is I 2 = I + I ωX ωY ωZ + I = 2.843 bit / s [1, s.11-13]. Control is possible only in the pre-flight mode of the inertial system and is limited by the signals of the angular velocity of the platform. Information about the angular orientation, linear speeds of the aircraft on which the inertial navigation system is located is not controlled.
Известно устройство контроля инерциальной навигационной системы - прототип [Заявка на патент РФ №2012127 530, МПК G05B 23/00, 02.07.2012], содержащее датчики продольной, нормальной, поперечной угловой скорости, датчики крена, тангажа, гироскопического курса, продольный, поперечный, нормальный акселерометры, датчики вертикальной составляющей линейной скорости, западной горизонтальной составляющей линейной скорости, северной горизонтальной составляющей линейной скорости. Выход датчика крена соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей. Выход датчика тангажа соединен с входами третьего и четвертого функциональных преобразователей. Выход нормального акселерометра соединен с первым вычитающим входом первого сумматора, второй суммирующий и третий вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго умножителей, четвертый суммирующий вход - с выходом третьего умножителя, входы которого соединены с выходами первого и четвертого функциональных преобразователей, пятый суммирующий вход - с выходом первого дифференциатора. Выход первого сумматора соединен со входом первого компаратора. Выход поперечного акселерометра соединен с первым вычитающим входом второго сумматора, второй суммирующий и третий вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и пятого умножителей, четвертый вычитающий вход - с выходом шестого умножителя, входы которого соединены с выходами второго и четвертого функциональных преобразователей, пятый суммирующий вход - с выходом второго дифференциатора. Выход второго сумматора соединен со входом второго компаратора. Выход продольного акселерометра соединен с первым вычитающим входом третьего сумматора, второй суммирующий и третий вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами седьмого и восьмого умножителей, четвертый суммирующий вход - с выходом третьего функционального преобразователя, пятый суммирующий вход - с выходом третьего дифференциатора. Выход третьего сумматора соединен с входом третьего компаратора. Первые входы первого и восьмого умножителей подключены к выходу датчика поперечной угловой скорости. Первые входы второго и четвертого умножителей подключены к выходу датчика продольной угловой скорости. Первые входы пятого и седьмого умножителей подключены к выходу датчика нормальной угловой скорости. Выходы первого, второго, третьего компараторов соединены со входами схемы ИЛИ. В состав устройства контроля также входят первый, второй, третий преобразователи координат, пятый, шестой функциональные преобразователи. Выход датчика северной горизонтальной составляющей линейной скорости соединен с первым входом первого преобразователя координат, второй и третий входы которого соединены соответственно с пятым и шестым функциональными преобразователями, подключенными входами к выходу датчика гироскопического курса, четвертый и пятый входы - с выходами соответственно датчика вертикальной составляющей линейной скорости и датчика западной горизонтальной составляющей линейной скорости. Первый выход первого преобразователя координат соединен с пятым входом второго преобразователя координат, второй выход - с четвертым входом второго преобразователя координат, третий выход - с первым входом второго преобразователя координат, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого функциональных преобразователей. Первый выход второго преобразователя координат соединен с четвертым входом третьего преобразователя координат, второй выход - с пятым входом третьего преобразователя координат, третий выход - с первым входом третьего преобразователя координат, второй и третий входы которого соединены соответственно со вторым и первым функциональными преобразователями. Первый выход третьего преобразователя координат соединен с входом первого дифференциатора и вторыми входами четвертого и восьмого умножителей, второй выход третьего преобразователя координат соединен с входом второго дифференциатора и вторыми входами второго и седьмого умножителей, третий выход третьего преобразователя координат соединен с входом третьего дифференциатора и вторыми входами первого и пятого умножителей.A device for monitoring an inertial navigation system is known as a prototype [RF Patent Application No. 2012127 530, IPC G05B 23/00, 02/02/2012], comprising longitudinal, normal, lateral angular velocity sensors, roll, pitch, gyroscopic sensors, longitudinal, transverse, normal accelerometers, sensors of the vertical component of the linear velocity, the western horizontal component of the linear velocity, the northern horizontal component of the linear velocity. The output of the roll sensor is connected to the inputs of the first and second functional converters. The output of the pitch sensor is connected to the inputs of the third and fourth functional converters. The output of a normal accelerometer is connected to the first subtracting input of the first adder, the second summing and third subtracting inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second multipliers, the fourth summing input is connected to the output of the third multiplier, the inputs of which are connected to the outputs of the first and fourth functional converters, the fifth summing input - with the output of the first differentiator. The output of the first adder is connected to the input of the first comparator. The output of the transverse accelerometer is connected to the first subtracting input of the second adder, the second summing and third subtracting inputs of which are connected respectively to the outputs of the fourth and fifth multipliers, the fourth subtracting input is connected to the output of the sixth multiplier, the inputs of which are connected to the outputs of the second and fourth functional converters, the fifth summing input - with the output of the second differentiator. The output of the second adder is connected to the input of the second comparator. The output of the longitudinal accelerometer is connected to the first subtracting input of the third adder, the second summing and third subtracting inputs of which are connected respectively to the outputs of the seventh and eighth multipliers, the fourth summing input to the output of the third functional converter, and the fifth summing input to the output of the third differentiator. The output of the third adder is connected to the input of the third comparator. The first inputs of the first and eighth multipliers are connected to the output of the transverse angular velocity sensor. The first inputs of the second and fourth multipliers are connected to the output of the longitudinal angular velocity sensor. The first inputs of the fifth and seventh multipliers are connected to the output of the normal angular velocity sensor. The outputs of the first, second, third comparators are connected to the inputs of the OR circuit. The control device also includes the first, second, third coordinate converters, fifth, sixth functional converters. The sensor output of the northern horizontal component of linear velocity is connected to the first input of the first coordinate transformer, the second and third inputs of which are connected respectively to the fifth and sixth functional transducers, connected by the inputs to the output of the gyroscopic heading sensor, the fourth and fifth inputs are connected to the outputs of the sensor of the vertical linear velocity component, respectively and a sensor of the western horizontal component of linear velocity. The first output of the first coordinate transformer is connected to the fifth input of the second coordinate transformer, the second output is connected to the fourth input of the second coordinate transformer, and the third output is connected to the first input of the second coordinate transformer, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the third and fourth functional transducers. The first output of the second coordinate transformer is connected to the fourth input of the third coordinate transformer, the second output to the fifth input of the third coordinate transformer, the third output to the first input of the third coordinate transformer, the second and third inputs of which are connected to the second and first functional transducers, respectively. The first output of the third coordinate converter is connected to the input of the first differentiator and the second inputs of the fourth and eighth multipliers, the second output of the third coordinate converter is connected to the input of the second differentiator and the second inputs of the second and seventh multipliers, the third output of the third coordinate converter is connected to the input of the third differentiator and the second inputs of the first and fifth multipliers.
Устройство контроля инерциальной навигационной системы содержит преобразователь координат, включающий последовательно соединенные девятый умножитель, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат, второй вход - со вторым входом преобразователя координат, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом десятого умножителя, а выход - с первым выходом преобразователя координат, последовательно соединенные одиннадцатый умножитель, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат, второй вход - с третьим входом преобразователя координат, первая схема вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом одиннадцатого умножителя, вычитающий вход - с выходом двенадцатого умножителя, а выход - со вторым выходом преобразователя координат, четвертый вход преобразователя координат соединен с его третьим выходом, пятый вход - с первыми входами десятого и двенадцатого умножителей, вторые входы которых соединены соответственно с третьим и вторым входами преобразователя координат.The control device of the inertial navigation system contains a coordinate transformer comprising a ninth multiplier connected in series, the first input of which is connected to the first input of the coordinate transformer, the second input to the second input of the coordinate transformer, the fourth adder, the second input of which is connected to the output of the tenth multiplier, and the output to the first output of the coordinate converter, the eleventh multiplier connected in series, the first input of which is connected to the first input of the coordinate converter dynamite, the second input is with the third input of the coordinate transformer, the first subtraction circuit, the summing input of which is connected to the output of the eleventh multiplier, the subtracting input is connected with the output of the twelfth multiplier, and the output is with the second output of the coordinate transformer, the fourth input of the coordinate transformer is connected to its third output fifth entrance - with the first inputs of the tenth and twelfth multipliers, the second inputs of which are connected respectively to the third and second inputs of the coordinate transformer.
Отсутствие избыточных датчиков, необходимых для обнаружения отказа, сделало целесообразным применение этого устройства в пилотажно-навигационных комплексах подвижных объектов. Устройство использует информацию датчиков, уже имеющихся на борту и входящих в состав штатного приборного оборудования. Устройство контроля, принятое за прототип, имеет наименьшую стоимость, вес G3=38+8=46 кг, энергопотребление и габариты V3=670×310×230+(140×140×22)×2=48633 см3. Информационная производительность [1, с.11-13] контроля для прототипа составляет I3=IVξ+IVη+IVζ+Iψ+Iϑ+Iγ+IωX+IωY+IωZ+IaX+IaY+IaZ=4,114 бит/с, а достоверность контроля -PД3=0,882502. Среднее время достоверного контроля - TД3=16 час., для бесплатформенной инерциальной навигационной системы И-42 (среднее время наработки на отказ TИ-42=2400 час, ЦВМ 80-30301 TБЦВМ=18000 час [6, 7]).The lack of redundant sensors necessary for detecting a failure has made it advisable to use this device in flight-navigation complexes of moving objects. The device uses the information of sensors already on board and included in the standard instrumentation equipment. The control device adopted for the prototype has the lowest cost, weight G 3 = 38 + 8 = 46 kg, power consumption and dimensions V 3 = 670 × 310 × 230 + (140 × 140 × 22) × 2 = 48633 cm 3 . The information productivity [1, pp. 11-13] of the control for the prototype is I 3 = I Vξ + I Vη + I Vζ + I ψ + I ϑ + I γ + I ωX + I ωY + I ωZ + I aX + I aY + I aZ = 4.114 bit / s, and the reliability of the control is -P D3 = 0.882502. The average time of reliable control is T D3 = 16 hours, for the strapdown inertial navigation system I-42 (mean time between failures T I-42 = 2400 hours, digital computer 80-30301 T BTsVM = 18000 hours [6, 7]).
Недостатком известного устройства - прототипа является его неспособность контролировать любую платформенную инерциальную навигационную систему классической четырехрамочной схемы (фиг.3) [Воробьев В.Г., Глухов В.В., Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992. С.360, 371], по которой построены большинство систем полуаналитического типа [Помыкаев И.И, Селезнев В.П., Дмитроченко Л.А. Навигационные приборы и системы. М.: Машиностроение, 1983. С.294] управления маневренных подвижных объектов. Это обусловлено тем, что продольный, нормальный, поперечный акселерометры, подключаемые к входам устройства контроля в бесплатформенной инерциальной системе, связаны с корпусом объекта. Западный, северный и вертикальный акселерометры платформенной инерциальной системы соединены с платформой в кардановом подвесе. Датчик внешнего крена в бесплатформенной системе вообще отсутствует. Работа системы стабилизации платформы не проверяется. Для эффективного контроля желательна полнота контроля выходных сигналов платформенной инерциальной навигационной системы, высокая информационная производительность, достоверность, аппаратная безызбыточность, универсальность контроля по типу средств гиростабилизации платформы, при минимуме веса, габаритов и стоимости.A disadvantage of the known device - the prototype is its inability to control any platform inertial navigation system of the classical four-frame scheme (figure 3) [Vorobev V.G., Glukhov V.V., Kadyshev I.K. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. M .: Transport, 1992. P.360, 371], on which the majority of semi-analytical type systems are built [Pomykaev I.I., Seleznev V.P., Dmitrochenko L.A. Navigation devices and systems. M.: Mechanical Engineering, 1983. P.294] control maneuverable moving objects. This is due to the fact that the longitudinal, normal, transverse accelerometers connected to the inputs of the control device in the strapdown inertial system are connected to the body of the object. The western, northern and vertical accelerometers of the platform inertial system are connected to the platform in a gimbal. There is no external roll sensor in the platform system. The operation of the platform stabilization system is not checked. For effective control, the completeness of control of the output signals of the platform inertial navigation system, high information performance, reliability, hardware break-evenness, universality of control by the type of platform gyrostabilization means with a minimum of weight, dimensions and cost are desirable.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание аппаратурно безызбыточной комплексной системы автоматического контроля для весьма распространенной схемы полуаналитической платформенной инерциальной навигационной системы повышенной точности, надежности, информационной производительности, достоверности контроля с высокими технико-экономическими показателями по весу, габаритам, энергопотреблению, стоимости, универсальности контроля гиростабилизации платформы с акселерометрами, удобству эксплуатации на легком маневренном объекте, практическая реализация которой возможна простейшим безынерционным алгоритмом встроенного или внешнего вычислителя аналогового или дискретного типа.The main task, which the claimed device is aimed at, is to create a hardware-redundant integrated automatic control system for a very common semi-analytical platform inertial navigation system of increased accuracy, reliability, information performance, reliability of control with high technical and economic indicators in weight, dimensions, energy consumption, the cost, versatility of gyro stabilization control platform with accelerometers, convenience kspluatatsii for easy maneuverability object, the practical realization of which can be free-wheeling simplest algorithm calculating internal or external analog or digital type.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение достоверности обнаружения отказа, информационной производительности, точности контроля параметров с безызбыточными средствами минимального веса, габаритов, энергопотребления, сложности и стоимости при одновременном повышении эффективности выполнения полетных задач объектом. Полнота контроля включает все выходные сигналы системы. Устройство применимо для большого числа платформенных инерциальных систем с электромеханическими, поплавковыми, двух-трехстепенными, лазерными, вибрационными, волоконно-оптическими, микромеханическими и другими гироскопами в контурах стабилизации платформы с акселерометрами. При этом обеспечивается работа как в полетном, так и предполетном состоянии комплекса. Контроль ведется по безынерционным соотношениям, содержащим простейшие операции, реализуемые вычислителем на борту подвижного маневренного объекта. Контроль имеет непосредственный, а не косвенный характер, так как ведется по выходным сигналам системы, что обеспечивает защиту потребителей от возможных отказов и сбоев такого важнейшего прибора управления, как инерциальная навигационная система.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to increase the reliability of failure detection, information performance, accuracy of parameter control with redundant means of minimum weight, dimensions, power consumption, complexity and cost, while increasing the efficiency of the flight mission. Full control includes all system output signals. The device is applicable to a large number of platform inertial systems with electromechanical, float, two-three-degree, laser, vibration, fiber-optic, micromechanical and other gyroscopes in the stabilization circuits of the platform with accelerometers. At the same time, work is ensured both in flight and in pre-flight state of the complex. Control is carried out by inertialess relations containing the simplest operations implemented by the calculator on board a mobile maneuverable object. The control is direct, not indirect, since it is carried out according to the output signals of the system, which protects consumers from possible failures and failures of such an important control device as an inertial navigation system.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство контроля инерциальной навигационной системы, содержащее датчик продольной угловой скорости, датчик нормальной угловой скорости, датчик поперечной угловой скорости, первый сумматор, первый вычитающий вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, второй суммирующий вход - с выходом первого умножителя, третий вычитающий вход - с выходом второго умножителя, а выход, через первый компаратор - с первым входом схемы ИЛИ, второй сумматор, первый вычитающий вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, второй суммирующий вход - выходом третьего умножителя, третий вычитающий вход - с выходом четвертого умножителя, а выход, через второй компаратор - с вторым входом схемы ИЛИ, третий сумматор, первый вычитающий вход которого соединен с выходом третьего дифференциатора, второй суммирующий вход - с выходом пятого умножителя, третий вычитающий вход - с выходом шестого умножителя, а выход, через третий компаратор, - с третьим входом схемы ИЛИ, датчик крена, выход которого соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого преобразователя координат, датчик тангажа, выход которого соединен с входами третьего и четвертого функциональных преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго преобразователя координат, датчик гироскопического курса, выход которого соединен с входами пятого и шестого функциональных преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего преобразователя координат, датчик вертикальной скорости, датчик северной скорости, датчик западной скорости, введены четвертый преобразователь координат, первая, вторая, третья, четвертая схемы вычитания, первый, второй интеграторы, четвертый, пятый, шестой, седьмой дифференциаторы, четвертый, пятый, шестой компараторы, седьмой, восьмой функциональные преобразователи, задатчик ускорения силы тяжести, западный акселерометр, северный акселерометр, вертикальный акселерометр, датчик внутреннего крена, выход которого, через седьмой и восьмой функциональные преобразователи, соединен соответственно с первым и вторым входами четвертого преобразователя координат, третий, четвертый, пятый входы первого преобразователя координат соединены соответственно с датчиком нормальной угловой скорости, датчиком продольной угловой скорости, датчиком поперечной угловой скорости, третий вход второго преобразователя координат соединен с выходом первой схемы вычитания, вычитающий вход которой, через четвертый дифференциатор, подключен к датчику крена, четвертый и пятый входы - соответственно к первому и второму выходам первого преобразователя координат, суммирующий вход первой схемы вычитания соединен с третьим выходом первого преобразователя координат, третий и четвертый входы четвертого преобразователя координат соединены соответственно с первым и вторым выходами второго преобразователя координат, пятый вход - с выходом второй схемы вычитания, вычитающий вход которой, через пятый дифференциатор, подключен к датчику тангажа, суммирующий вход второй схемы вычитания соединен с третьим выходом второго преобразователя координат, третий и четвертый входы третьего преобразователя координат соединены соответственно с первым и вторым выходами четвертого преобразователя координат, пятый вход - с выходом четвертой схемы вычитания, вычитающий вход которой, через седьмой дифференциатор, подключен к датчику внутреннего крена, суммирующий вход четвертой схемы вычитания соединен с третьим выходом четвертого преобразователя координат, первый выход третьего преобразователя координат, через первый интегратор, соединен с четвертым суммирующим входом первого сумматора, входами второго, пятого умножителей и, через четвертый компаратор, с входом схемы ИЛИ, второй выход третьего преобразователя координат, через второй интегратор, соединен с четвертым вычитающим входом второго сумматора, входами третьего, шестого умножителей и, через пятый компаратор, с входом схемы ИЛИ, третий выход третьего преобразователя координат соединен с суммирующим входом третьей схемы вычитания, вычитающий вход которой, через шестой дифференциатор, соединен с датчиком гироскопического курса, выход третьей схемы вычитания соединен с первым, четвертым умножителями и, через шестой компаратор, с входом схемы ИЛИ, задатчик ускорения силы тяжести соединен с четвертым суммирующим входом третьего сумматора, датчик вертикальной скорости соединен с входами второго, третьего умножителей и третьего дифференциатора, датчик северной скорости соединен с входами первого, шестого умножителей и второго дифференциатора, датчик западной скорости соединен с входами четвертого, пятого умножителей и первого дифференциатора, выходы вертикального акселерометра, северного акселерометра, западного акселерометра соединены с пятыми суммирующими входами соответственно третьего, второго, первого сумматоров, выход схемы ИЛИ является выходом устройства.The specified technical result is achieved by the fact that in a known control device of an inertial navigation system comprising a longitudinal angular velocity sensor, a normal angular velocity sensor, a transverse angular velocity sensor, a first adder, the first subtracting input of which is connected to the output of the first differentiator, the second summing input - with the output the first multiplier, the third subtracting input - with the output of the second multiplier, and the output, through the first comparator - with the first input of the OR circuit, the second adder, the first subtracting the path of which is connected to the output of the second differentiator, the second summing input - the output of the third multiplier, the third subtracting input - with the output of the fourth multiplier, and the output, through the second comparator - with the second input of the OR circuit, the third adder, the first subtracting input of which is connected to the output of the third differentiator , the second summing input is with the output of the fifth multiplier, the third subtracting input is with the output of the sixth multiplier, and the output, through the third comparator, is with the third input of the OR circuit, the roll sensor, the output of which is connected to the inputs the first and second functional transducers, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the first coordinate transformer, a pitch sensor, the output of which is connected to the inputs of the third and fourth functional transducers, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the second coordinate transducer, gyroscopic heading sensor, the output of which is connected to the inputs of the fifth and sixth functional converters, the outputs of which are connected respectively to the first and second the first inputs of the third coordinate converter, a vertical speed sensor, a northern speed sensor, a western speed sensor, the fourth coordinate converter, the first, second, third, fourth subtraction schemes, the first, second integrators, the fourth, fifth, sixth, seventh differentiators, the fourth, fifth are introduced , sixth comparators, seventh, eighth functional converters, accelerator of gravity, western accelerometer, northern accelerometer, vertical accelerometer, internal roll sensor, the output of which, h the result of the seventh and eighth functional transducers, respectively connected to the first and second inputs of the fourth coordinate transducer, the third, fourth, fifth inputs of the first coordinate transducer are connected respectively to a normal angular velocity sensor, a longitudinal angular velocity sensor, a transverse angular velocity sensor, a third input of the second coordinate transformer connected to the output of the first subtraction circuit, the subtracting input of which, through the fourth differentiator, is connected to the roll sensor, the fourth and fifth nth inputs - respectively, to the first and second outputs of the first coordinate transformer, the summing input of the first subtraction circuit is connected to the third output of the first coordinate transformer, the third and fourth inputs of the fourth coordinate transducer are connected respectively to the first and second outputs of the second coordinate transformer, the fifth input - with the output of the second a subtraction circuit, the subtracting input of which, through the fifth differentiator, is connected to the pitch sensor, the summing input of the second subtraction circuit is connected to the third output of w coordinate converter, the third and fourth inputs of the third coordinate converter are connected respectively to the first and second outputs of the fourth coordinate converter, the fifth input is connected to the output of the fourth subtraction circuit, the subtracting input of which, through the seventh differentiator, is connected to the internal roll sensor, summing the input of the fourth subtraction circuit connected to the third output of the fourth coordinate transformer, the first output of the third coordinate transformer, through the first integrator, connected to the fourth total the input of the first adder, the inputs of the second, fifth multipliers and, through the fourth comparator, with the input of the OR circuit, the second output of the third coordinate converter, through the second integrator, connected to the fourth subtracting input of the second adder, the inputs of the third, sixth multipliers and, through the fifth comparator, with the input of the OR circuit, the third output of the third coordinate converter is connected to the summing input of the third subtraction circuit, the subtracting input of which, through the sixth differentiator, is connected to the gyroscopic heading sensor, the output q the third subtraction circuit is connected to the first, fourth multipliers and, through the sixth comparator, to the input of the OR circuit, the accelerator of gravity is connected to the fourth summing input of the third adder, the vertical speed sensor is connected to the inputs of the second, third multipliers and third differentiator, the north speed sensor connected to the inputs of the first, sixth multipliers and the second differentiator, the western speed sensor is connected to the inputs of the fourth, fifth multipliers and the first differentiator, the outputs of the vertical a selerometra, northern accelerometer Western accelerometer coupled with fifth summing inputs respectively the third, second and first adders OR circuit output is the output device.
Устройство контроля инерциальной навигационной системы отличается также тем, что преобразователь координат содержит последовательно соединенные седьмой умножитель, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом восьмого умножителя, а выход - с первым выходом преобразователя координат, последовательно соединенные девятый умножитель, первый вход которого соединен с вторым входом преобразователя координат, второй вход, как и второй вход седьмого умножителя, соединен с третьим входом преобразователя координат, пятая схема вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом девятого умножителя, вычитающий вход - с выходом десятого умножителя, а выход - со вторым выходом преобразователя координат, четвертый вход преобразователя координат соединен с его третьим выходом, пятый вход - с первыми входами восьмого и десятого умножителей, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и первым входами преобразователя координат.The inertial navigation system control device is also characterized in that the coordinate converter comprises a seventh multiplier connected in series, the first input of which is connected to the first input of the coordinate converter, a fourth adder, the second input of which is connected to the output of the eighth multiplier, and the output - with the first output of the coordinate converter, in series connected the ninth multiplier, the first input of which is connected to the second input of the coordinate transformer, the second input, as well as the second input of the seventh smart resident connected to the third input of the coordinate transformer, the fifth subtraction circuit, the summing input of which is connected to the output of the ninth multiplier, the subtractive input is the output of the tenth multiplier, and the output is the second output of the coordinate transducer, the fourth input of the coordinate transformer is connected to its third output, the fifth input - with the first inputs of the eighth and tenth multipliers, the second inputs of which are connected respectively to the second and first inputs of the coordinate transformer.
Технический результат достигается тем, что в устройстве контроля инерциальной навигационной системы реализовано измерение величины и направления кажущегося ускорения
где
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного устройства контроля инерциальной навигационной системы, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию „новизна”.The analysis of the prior art by the applicant has established that there are no analogues that are characterized by sets of features identical to all the features of the claimed inertial navigation system control device, therefore, the claimed invention meets the “novelty” condition.
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.Search results for known technical solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype have shown that they do not follow explicitly from the prior art.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата и изобретение не основано на:From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the indicated technical result is not revealed and the invention is not based on:
- дополнении известного устройства-аналога какой-либо известной частью, присоединенной к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;- supplementing the known analogue device with any known part attached to it according to known rules, in order to achieve a technical result in respect of which the effect of this addition is established;
- замене какой-либо части устройства-аналога другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;- replacing any part of the analog device with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such an addition is established;
- исключении какой-либо части устройства-аналога с одновременным исключением, обусловленной ее наличием функции, и достижением обычного для такого исключения результата;- the exclusion of any part of the analog device with the simultaneous exception due to its presence of the function, and the achievement of the usual result for such an exception;
- увеличении количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в устройстве именно таких элементов;- increasing the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the device of just such elements;
- выполнении известного устройства-аналога или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;- the implementation of the known device is an analogue or part of a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;
- создании устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого устройства и связей между ними;- creating a device consisting of known parts, the choice of which and the connection between them are based on known rules, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this device and the connections between them;
- изменении количественного признака (признаков) устройства и предоставлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении вида взаимосвязи, если известен факт влияния каждого из них на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, следовательно, заявленное изобретение соответствует „изобретательскому уровню”.- a change in the quantitative sign (s) of the device and the provision of such signs in the relationship or change the type of relationship, if the fact of the influence of each of them on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies, therefore, the claimed invention corresponds to the "inventive step".
На фиг.1 изображена структурная схема устройства контроля инерциальной навигационной системы, где приняты следующие обозначения:Figure 1 shows a structural diagram of a control device for an inertial navigation system, where the following notation:
1 - инерциальная навигационная система;1 - inertial navigation system;
2 - датчик крена;2 - roll sensor;
3 - датчик тангажа;3 - pitch sensor;
4 - датчик внутреннего крена;4 - sensor of internal roll;
5 - датчик гироскопического курса;5 - sensor gyroscopic course;
6 - датчик вертикальной скорости;6 - vertical speed sensor;
7 - датчик северной скорости;7 - north speed sensor;
8 - датчик западной скорости;8 - western speed sensor;
9 - западный акселерометр;9 - western accelerometer;
10 - северный акселерометр;10 - northern accelerometer;
11 - вертикальный акселерометр;11 - vertical accelerometer;
12-1, 12-2, 12-3 - первый, второй, третий сумматоры;12-1, 12-2, 12-3 - the first, second, third adders;
13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5, 13-6, 13-7 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой дифференциаторы;13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5, 13-6, 13-7 - the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh differentiators;
14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5, 14-6 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой умножители;14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5, 14-6 - the first, second, third, fourth, fifth, sixth multipliers;
15-1, 15-2, 15-3, 15-4, 15-5, 15-6 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой компараторы;15-1, 15-2, 15-3, 15-4, 15-5, 15-6 - first, second, third, fourth, fifth, sixth comparators;
16 - схема ИЛИ;16 is an OR diagram;
17-1, 17-2, 17-3, 17-4, 17-5, 17-6, 17-7, 17-8 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой функциональные преобразователи;17-1, 17-2, 17-3, 17-4, 17-5, 17-6, 17-7, 17-8 - the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth functional converters;
18-1, 18-2, 18-3, 18-4 - первый, второй, третий, четвертый преобразователи координат;18-1, 18-2, 18-3, 18-4 - the first, second, third, fourth coordinate converters;
19-1, 19-2, 19-3, 19-4 - схемы вычитания;19-1, 19-2, 19-3, 19-4 - subtraction schemes;
20 - датчик нормальной угловой скорости;20 - sensor normal angular velocity;
21 - датчик продольной угловой скорости;21 - sensor longitudinal angular velocity;
22 - датчик поперечной угловой скорости;22 - transverse angular velocity sensor;
23-1, 23-2 - первый, второй интеграторы;23-1, 23-2 - the first, second integrators;
24 - задатчик ускорения силы тяжести.24 - the accelerator of gravity.
На фиг.2 приведена структурная схема преобразователя координат по п.2 формулы, где приняты следующие обозначения:Figure 2 shows the structural diagram of the coordinate Converter according to
12-4 - четвертый сумматор;12-4 - the fourth adder;
14-7, 14-8, 14-9, 14-10 - седьмой, восьмой, девятый, десятый умножители;14-7, 14-8, 14-9, 14-10 - the seventh, eighth, ninth, tenth multipliers;
19-5 - пятая схема вычитания.19-5 is the fifth subtraction scheme.
На фиг.3 показана кинематическая схема платформенной инерциальной навигационной системы 1 [7, с.371], содержащей четырехрамочную гиростабилизированную платформу П с акселерометрами AX, AY, AZ, ВК - внутреннее кольцо, НК - наружное кольцо, ДР - дополнительная рама. НП - направление полета в соответствии с положением осей связанной системы координат OXСYСZС подвижного объекта, на котором расположена инерциальная навигационная система. На фиг.1 изображено также положение систем координат и осей подвеса платформы в кардановом подвесе: Oξηξ - неподвижная, горизонтальная, географически ориентированная система координат; Oξ - направление на север (N); Oη - направление на запад (W); OXСYСZС - связанная система координат объекта; OXПYПZП - система координат платформы П; AA - ось подвеса платформы; BB - ось подвеса внутреннего кольца; CC - ось подвеса наружного кольца; DD - ось подвеса дополнительной рамы. По осям подвеса расположены: датчик 2 крена γ, датчик 3 тангажа ϑ, датчик 4 внутреннего крена γВ, датчик 5 гироскопического курса ψГ. Проекции вектора
На фиг.4 изображено положение систем координат элементов карданова подвеса платформы, углов и угловых скоростей устройства.Figure 4 shows the position of the coordinate systems of the elements of the cardan suspension of the platform, angles and angular velocities of the device.
OXВYВZВ - система координат внутреннего кольца ВК;OX B Y B Z B - coordinate system of the inner ring VK;
OXНYНZН - система координат наружного кольца НК;OX N Y N Z N - coordinate system of the outer ring of the Tax Code;
OXДYДZД - система координат дополнительной рамы ДР;OX D Y D Z D - coordinate system of the additional frame DR;
ψГ, ϑ, γ, γВ - углы гироскопического курса, тангажа, крена, внутреннего крена;ψ G , ϑ, γ, γ B - the angles of the gyroscopic course, pitch, roll, inner roll;
ωXП, ωYП, ωZП - абсолютные угловые скорости платформы П;ω XП , ω YП , ω ZП - absolute angular velocity of the platform П;
ωX, ωY, ωZ - абсолютные угловые скорости объекта, на котором расположена инерциальная навигационная система;ω X , ω Y , ω Z are the absolute angular velocities of the object on which the inertial navigation system is located;
Кинематические соотношения для угловых скоростей элементов карданова подвеса и платформы получаются в виде:Kinematic relations for the angular velocities of the elements of the cardan suspension and the platform are obtained in the form:
где ωXД, ωYД, ωZД - угловые скорости дополнительной рамы;where ω XД , ω YД , ω ZД - angular speeds of the additional frame;
где ωXН, ωYН, ωZН - угловые скорости наружного кольца;where ω XН , ω YН , ω ZН - angular velocities of the outer ring;
где ωXВ, ωYВ, ωZВ - угловые скорости внутреннего кольца;where ω XB , ω YB , ω ZB are the angular velocities of the inner ring;
где ωXП, ωYП, ωZП - угловые скорости платформы.where ω XП , ω YП , ω ZП - angular velocity of the platform.
Углы отклонения платформы П от горизонтальной плоскости системы координат Oξηξ будут
Проекции абсолютного ускорения
где VXП, VYП, VZП - проекции величины и направления линейной скорости
ωX, ωY, ωZ - проекции величины и направления угловой скорости объекта
Проекции ускорения силы тяжести
Подставив в (1) проекции ускорений, измеряемых и вычисляемых инерциальной навигационной системой, получаем алгоритм контроляSubstituting in (1) the projections of the accelerations measured and calculated by the inertial navigation system, we obtain the control algorithm
Ф4=ωYП; Ф5=ωXП; Ф6=ωZП;Ф4 = ω YП ; Ф5 = ω XП ; Ф6 = ω ZП ;
где Фi,
Устройство контроля инерциальной навигационной системы 1 содержит датчик 2 крена, датчик 3 тангажа, датчик 4 внутреннего крена, датчик 5 гироскопического курса по осям DD, CC, BB, AA карданова подвеса платформы, датчик 6 вертикальной скорости, датчик 7 северной скорости, датчик 8 западной скорости, а также западный акселерометр 9, северный акселерометр 10, вертикальный акселерометр 11, установленные на платформе в кардановом подвесе, включает первый сумматор 12-1, первый вычитающий вход которого соединен с выходом первого дифференциатора 13-1, второй суммирующий вход - с выходом первого умножителя 14-1, третий вычитающий вход - с выходом второго умножителя 14-2, а выход, через первый компаратор 15-1 - с первым входом схемы 16 ИЛИ. Второй сумматор 12-2 устройства имеет первый вычитающий вход, соединенный с выходом второго дифференциатора 13-2, второй суммирующий вход - с выходом третьего умножителя 14-3, третий вычитающий вход - с выходом четвертого умножителя 14-4, а выход, через второй компаратор 15-2 - с вторым входом схемы 16 ИЛИ. Третий сумматор 12-3 устройства имеет первый вычитающий вход, соединенный с выходом третьего дифференциатора 13-3, второй суммирующий вход - с выходом пятого умножителя 14-5, третий вычитающий вход - с выходом шестого умножителя 14-6, а выход, через третий компаратор 15-3 - с третьим входом схемы 16 ИЛИ. Датчик 2 крена соединен с входами первого синусного 17-1, второго косинусного 17-2 функциональных преобразователей и четвертого дифференциатора 13-4, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым входами первого преобразователя координат 18-1 и первым вычитающим входом первой схемы 19-1 вычитания. Датчик 3 тангажа соединен с входами третьего синусного 17-3, четвертого косинусного 17-4 функциональных преобразователей и пятого дифференциатора 13-5, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым входами второго преобразователя координат 18-2 и первым вычитающим входом второй схемы 19-2 вычитания. Датчик 5 гироскопического курса соединен с входами пятого синусного 17-5, шестого косинусного 17-6 функциональных преобразователей и шестого дифференциатора 13-6, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым входами третьего преобразователя координат 18-3 и первым вычитающим входом третьей схемы 19-3 вычитания. Датчик 4 внутреннего крена соединен с входами седьмого синусного 17-7, восьмого косинусного 17-8 функциональных преобразователей и седьмого дифференциатора 13-7, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым входами четвертого преобразователя координат 18-4 и первым вычитающим входом четвертой схемы 19-4 вычитания. Третий, четвертый, пятый входы первого преобразователя координат 18-1 соединены соответственно с датчиком 20 нормальной угловой скорости, датчиком 21 продольной угловой скорости, датчиком 22 поперечной угловой скорости. Третий, четвертый, пятый входы второго преобразователя координат 18-2 соединены соответственно с выходами первой схемы 19-1 вычитания, суммирующий вход которой соединен с третьим выходом первого преобразователя координат 18-1, первый, второй выходы которого соединены соответственно с четвертым, пятым входами второго преобразователя координат 18-2. Третий, четвертый, пятый входы четвертого преобразователя координат 18-4 соединены соответственно с первым, вторым выходами второго преобразователя координат 18-2 и выходом второй схемы 19-2 вычитания, суммирующий вход которой соединен с третьим выходом второго преобразователя координат 18-2. Третий, четвертый, пятый входы третьего преобразователя координат 18-3 соединены соответственно с первым, вторым выходом четвертого преобразователя координат 18-4 и выходом четвертой схемы 19-4 вычитания, суммирующий вход которой соединен с третьим выходом четвертого преобразователя координат 18-4. Первый выход третьего преобразователя координат 18-3 соединен с вторым 14-2 умножителем, пятым 14-5 умножителем, первым интегратором 23-1, выход которого соединен с четвертым суммирующим входом первого сумматора 12-1 и, через четвертый компаратор 15-4 - с четвертым входом схемы 16 ИЛИ. Второй выход третьего преобразователя координат 18-3 соединен с третьим 14-3 умножителем, шестым 14-6 умножителем, вторым интегратором 23-2, выход которого соединен с четвертым вычитающим входом второго сумматора 12-2, и, через пятый компаратор 15-5, с пятым входом схемы 16 ИЛИ. Третий выход третьего преобразователя координат 18-3, через третью схему вычитания 19-3, соединен с первым 14-1 умножителем, четвертым 14-4 умножителем, шестым компаратором 15-6, выход которого подключен к шестому входу схемы 16 ИЛИ. Пятые суммирующие входы первого 12-1, второго 12-2, третьего 12-3 сумматоров соединены соответственно с выходами западного акселерометра 9, северного акселерометра 10, вертикального акселерометра 11. Выход задатчика 24 ускорения силы тяжести соединен с четвертым суммирующим входом третьего сумматора 12-3. Выход схемы 16 ИЛИ является выходом устройства.The inertial navigation
Преобразователь координат 18-1, 18-2, 18-3, 1 8-4 содержит последовательно соединенные умножитель 14-7, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3,18-4, сумматор 12-4, второй вход которого соединен с выходом умножителя 14-8, а выход - с первым выходом преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4. Последовательно соединены также умножитель 14-9, первый вход которого соединен с вторым входом преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3,18-4, второй вход которого, как и второй вход умножителя 14-7, соединен с третьим входом преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, схема 19-5 вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом умножителя 14-9, вычитающий вход - с выходом умножителя 14-10, а выход - со вторым выходом преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4. Четвертый вход преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 соединен с его третьим выходом, а пятый вход - с первыми входами умножителей 14-8, 14-10, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и первым входами преобразователя координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4.The coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3, 1 8-4 contains a multiplier connected in series 14-7, the first input of which is connected to the first input of the coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3,18-4 , adder 12-4, the second input of which is connected to the output of the multiplier 14-8, and the output - with the first output of the coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3, 18-4. Multiplier 14-9 is also connected in series, the first input of which is connected to the second input of the coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3,18-4, the second input of which, like the second input of the multiplier 14-7, is connected to the third input coordinate converter 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, a subtraction circuit 19-5, the summing input of which is connected to the output of the multiplier 14-9, the subtracting input - with the output of the multiplier 14-10, and the output - with the second the output of the coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3, 18-4. The fourth input of the coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 is connected to its third output, and the fifth input is connected to the first inputs of the multipliers 14-8, 14-10, the second inputs of which are connected respectively to the second and first the inputs of the coordinate transformer 18-1, 18-2, 18-3, 18-4.
Практическая реализация устройства контроля инерциальной навигационной системы возможна на аналоговой и цифровой схемотехнической базе [9-13]. Объектом контроля инерциальной навигационной системы здесь могут быть: ИКВ-1÷8, И-11, МИС, ИКВ-72, И-21, Ц-060-063, 802, Ц-050, ИКВ-95, ИНС-80, ИНС-2000, ИСС-1, 705 и др.; типовые электромеханические датчики угловых скоростей: ДУСУ1, ДУСУ-АС, ДУСУ-М; волоконно-оптические, лазерные: ВГ941-3, ДУСв-5, ДУС-500, ГЛ-2; микромеханические ADIS, ADXRS, ДУС-ММА, входящие в состав типовых систем автоматического управления объектов САУ-10, САУ-451, КСЭИС, СИВПП-В, КСУ-130 пилотажно-навигационных комплексов летательных аппаратов. Реализация алгоритма контроля возможна программными средствами БЦВМ 80-ЗОХХХ или БЦВМ 80-40ХХХ, БЦВМ 90-60ХХХ, БЦВМ-486 [7, 13],The practical implementation of the inertial navigation system control device is possible on the analog and digital circuitry base [9-13]. The control object of an inertial navigation system here can be: IKV-1 ÷ 8, I-11, MIS, IKV-72, I-21, Ts-060-063, 802, Ts-050, IKV-95, ANN-80, ANN -2000, ISS-1, 705, etc .; typical electromechanical angular velocity sensors: DUSU1, DUSU-AS, DUSU-M; fiber optic, laser: VG941-3, DUSv-5, DUS-500, GL-2; micromechanical ADIS, ADXRS, DUS-MMA, which are part of the standard automatic control systems for objects SAU-10, SAU-451, KSEIS, SIVPP-V, KSU-130 of the flight control and navigation systems of aircraft. The implementation of the control algorithm is possible with the software BTsVM 80-ZOKHXX or BTsVM 80-40XXX, BTsVM 90-60XXX, BTsVM-486 [7, 13],
Устройство контроля инерциальной навигационной системы работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 2 крена инерциальной навигационной системы 1, через синусный 17-1 и косинусный 17-2 функциональные преобразователи поступает соответственно на первый и второй входы преобразователя координат 18-1, а через дифференциатор 13-4 - на вычитающий вход схемы 19-1 вычитания. Одновременно, на третий, четвертый, пятый входы преобразователя координат 18-1 поступают сигналы соответственно датчика 20 нормальной угловой скорости, датчика 21 продольной угловой скорости, датчика 22 поперечной угловой скорости объекта. При этом на первом выходе преобразователя координат 18-1 формируется сигнал, пропорциональный угловой скорости дополнительной рамы ДР по оси XД The control device inertial navigation system operates as follows. The signal from the output of the
на втором выходе - по оси ZД at the second exit - along the axis Z D
а на третьем выходе - по оси XД дополнительной рамы ωX, который поступает на суммирующий вход схемы 19-1 вычитания. На выходе схемы вычитания получается сигнал, пропорциональный угловой скорости
на втором выходе - по оси YН, at the second exit - along the axis Y N ,
а на третьем выходе - по оси XН наружного кольца
на втором выходе - по оси ZВ,at the second exit - along the Z B axis,
а на третьем выходе - по оси YВ наружного кольца
на втором выходе - по оси XП at the second exit - along the axis X P
а на третьем выходе - по оси ZВ внутреннего кольца
Преобразователи координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 работают следующим образом. Сигнал X1, на первом входе преобразователей координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, пропорциональный sin углов крена, тангажа, внутреннего крена, гироскопического курса, поступает на первый вход умножителя 14-7 и второй вход умножителя 14-10. Одновременно, сигнал X2, на втором входе преобразователей координат 1 8-1, 18-2, 18-3, 1 8-4, пропорциональный cos углов крена, тангажа, внутреннего крена, гироскопического курса, поступает на второй вход умножителя 14-8 и первый вход умножителя 14-9. На вторые входы умножителя 14-7 и умножителя 14-9 поступает сигнал X3 с третьего входа преобразователей координат 1 8-1, 18-2, 18-3, 18-4, а на первые входы умножителя 14-8 и умножителя 14-10 с пятого входа. На первом выходе преобразователей координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, с выхода сумматора 12-4, получается сигнал Y1=X3X1+X5X2, на втором выходе - со схемы 19-5 вычитания, получается сигнал Y2=X3X2-X5X1. На третий выход преобразователей координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 сигнал с четвертого входа поступает без изменения так, что Y3=X4. В результате преобразователи координат 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 реализуют вычисления (2)-(5) угловых скоростей элементов карданова подвеса и платформы в алгоритме контроля (9).Coordinate transformers 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 work as follows. The signal X 1 , at the first input of the coordinate transformers 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, proportional to the sin of the roll angles, pitch, inner roll, gyroscopic course, is fed to the first input of the multiplier 14-7 and the second input of the multiplier 14-10. At the same time, the signal X 2 , at the second input of coordinate
Таким образом, для заявляемого устройства контроля инерциальной навигационной системы отсутствуют отмеченные ранее недостатки аналогов и прототипа. Устройство способно контролировать работоспособность большого числа именно платформенных инерциальных навигационных систем классической схемы (фиг.3): ИКВ-1÷8, И-11, МИС, ИКВ-72, И-21, Ц-050, ИНС-80, Ц-060÷063, 802, ИКВ-95, ИНС-2000, ИСС-1, 705, SKN-2440, LN-39, FIN-1010, AN/ASN-109 и др. на наземных, воздушных, космических маневренных объектах в предполетном и полетном режиме работы. Аппаратно безызбыточный контроль использует оборудование, входящее в состав типового пилотажно-навигационного комплекса объекта. От аппаратно затратного контроля при дублировании или троировании крайне дорогостоящих проверяемых датчиков, как отмечено в аналогах, в заявляемом устройстве сделан переход к информационно затратному безынерционному контролю. Наивысшая информационная производительность контроля заявляемого устройства
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:Thus, the above information proves that when implementing the claimed invention, the following conditions are met:
средство, воплощающее устройство-изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в транспортной, авиационной и космической технике и, в частности, для комплексного контроля инерциальных навигационных систем беспилотных, пассажирских и транспортных самолетов. Оно может использоваться для определения исправности самолета в полете и на стадии его предполетной проверки;means, embodying the device of the invention in its implementation, is intended for use in transport, aviation and space technology and, in particular, for the integrated control of inertial navigation systems of unmanned, passenger and transport aircraft. It can be used to determine the health of the aircraft in flight and at the stage of its pre-flight check;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств;- for the claimed invention in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the described or other means known prior to the filing date of the application has been confirmed;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to provide the specified technical result.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности „промышленная применимость”.Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "industrial applicability".
Источники информацииInformation sources
1. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1973, 506 с.1. Bodner V.A. Control systems for aircraft. M.: Mechanical Engineering, 1973, 506 p.
2. Вульфов А. Широкофюзеляжные „ИЛЫ” // Авиация и космонавтика, №1, 2 2002.2. A. Vulfov. Wide-body “ILS” // Aviation and Cosmonautics, No. 1, 2 2002.
3. Голинкевич Т.А. Оценка надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1969. 176 с.3. Golinkevich T.A. Reliability assessment of electronic equipment. M .: Soviet Radio, 1969.176 p.
4. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами. М.: Радио и связь, 1982. 392 с.4. Sage EP, White C.S. Optimal system management. M .: Radio and communication, 1982. 392 p.
5. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем. СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ Электроприбор, 2003, 207 с.5. Dmitriev S.P., Kolesov N.V., Osipov A.V. Information reliability, control and diagnostics of navigation systems. SPb .: SSC RF-Central Research Institute of Electrical Appliance, 2003, 207 p.
6. Крюков С.П., Чесноков Г.И., Троицкий В.А. Опыт разработки и сертификации бесплатформенной инерциальной навигационной системы для гражданской авиации и создания на ее основе модификаций для управления движением морских, наземных и аэрокосмических объектов, задач геодезии и гравиметрии // Гироскопия и навигация. 2002. №4 (39), С.115-124.6. Kryukov S.P., Chesnokov G.I., Troitsky V.A. Experience in the development and certification of a strapdown inertial navigation system for civil aviation and the creation on its basis of modifications for controlling the movement of marine, ground and aerospace objects, problems of geodesy and gravimetry // Gyroscopy and navigation. 2002. No. 4 (39), S.115-124.
7. Авионика России: Энциклопедический справочник. / Под общ. ред. С.Д. Бодрунова. СПб.: Национальная Ассоциация авиаприборостроителей, 1999 г., С.341.7. Avionics of Russia: Encyclopedic Handbook. / Under the total. ed. S.D. Bodrunova. St. Petersburg: National Association of Aircraft Instrument Builders, 1999, p.341.
8. Ишлинский А.Ю. Механика относительного движения и силы инерции. М.: Наука, 1981.191 с.8. Ishlinsky A.Yu. The mechanics of relative motion and inertia. M .: Nauka, 1981.
9. Воробьев В.Г., Глухов В.В, Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992. С.360, 371.9. Vorobyov V.G., Glukhov V.V., Kadyshev I.K. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. M .: Transport, 1992. P.360, 371.
10. Бочкарев A.M., Струков Ю.П. Бортовое радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Авиастроение. 1990, С.27.10. Bochkarev A.M., Strukov Yu.P. On-board electronic equipment of aircraft. // Results of science and technology. VINITI. Ser. Aircraft industry. 1990, p. 27.
11. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / С.В.Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др. / Под ред.С. В. Якубовского. М.: Радио и связь, 1984 г., с.432.11. Analog and digital integrated circuits: Reference manual / S.V. Yakubovsky, N.A. Barkanov, L.I. Nisselson et al. / Ed. V. Yakubovsky. M .: Radio and communications, 1984, p.
12. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоиздат, 1981. с.248.12. Smolov VB Functional information converters. L .: Energoizdat, 1981.p.248.
13. Системы управления вооружением истребителей: Основы интеллекта многофункционального самолета / РАРАН. /Под ред. Е.А. Федосова. М., Машиностроение, 2005, 400 с.13. Fighter Weapons Control Systems: Intelligence Basics for a Multifunctional Aircraft / RARAN. / Ed. E.A. Fedosova. M., Mechanical Engineering, 2005, 400 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125214/08A RU2536365C1 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Apparatus for monitoring inertial navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125214/08A RU2536365C1 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Apparatus for monitoring inertial navigation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013125214A RU2013125214A (en) | 2014-12-10 |
RU2536365C1 true RU2536365C1 (en) | 2014-12-20 |
Family
ID=53286343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125214/08A RU2536365C1 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Apparatus for monitoring inertial navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536365C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570358C1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-12-10 | Акционерное общество "ЛАЗЕКС" | Fault tolerant integrated navigation system with excessive quantity of angular speed meters |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2240507C1 (en) * | 2003-06-09 | 2004-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Device for determining the aircraft attitude |
RU2241247C1 (en) * | 2003-04-18 | 2004-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Flying vehicle angular orientation detector control device |
RU2353552C1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Aircraft landing method |
-
2013
- 2013-05-30 RU RU2013125214/08A patent/RU2536365C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2241247C1 (en) * | 2003-04-18 | 2004-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Flying vehicle angular orientation detector control device |
RU2240507C1 (en) * | 2003-06-09 | 2004-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Device for determining the aircraft attitude |
RU2353552C1 (en) * | 2007-09-17 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Aircraft landing method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570358C1 (en) * | 2014-05-07 | 2015-12-10 | Акционерное общество "ЛАЗЕКС" | Fault tolerant integrated navigation system with excessive quantity of angular speed meters |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013125214A (en) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hong | Fuzzy logic based closed-loop strapdown attitude system for unmanned aerial vehicle (UAV) | |
Groves | Navigation using inertial sensors [Tutorial] | |
Kubelka et al. | Complementary filtering approach to orientation estimation using inertial sensors only | |
CN109000665B (en) | Deep space landing geometric orbit and attitude determination method and system and deep space lander | |
Fu et al. | Information-reusing alignment technology for rotating inertial navigation system | |
Lei et al. | An adaptive navigation method for a small unmanned aerial rotorcraft under complex environment | |
RU2502050C1 (en) | Method and device of control of inertial navigation system | |
RU2373562C2 (en) | Method and device for controlling horizontal orientation of aircraft | |
Pérez-D'Arpino et al. | Development of a low cost inertial measurement unit for uav applications with kalman filter based attitude determination | |
RU2440595C1 (en) | Method and apparatus for controlling pilot-navigation system | |
RU2536365C1 (en) | Apparatus for monitoring inertial navigation system | |
RU2487318C1 (en) | Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy | |
Munguia et al. | An attitude and heading reference system (AHRS) based in a dual filter | |
WO2013139486A1 (en) | True north seeking and attitude system | |
Hasan et al. | Evaluation of a low-cost MEMS IMU for indoor positioning system | |
RU2546076C1 (en) | Complex control device of inertial system | |
RU2502049C1 (en) | Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals | |
Bayat et al. | An augmented strapdown inertial navigation system using jerk and jounce of motion for a flying robot | |
Akimov et al. | Compensation for errors in determining the angle in the flight-navigation complex of the aircraft in case of failure of the satellite navigation system | |
Vasconcelos et al. | Inertial navigation system aided by GPS and selective frequency contents of vector measurements | |
Isaev et al. | Mathematical modelling of the stabilization system for a mobile base video camera using quaternions | |
Jun et al. | State estimation via sensor modeling for helicopter control using an indirect kalman filter | |
Souza et al. | Development of an asv trimaran for testing and implementation of auv navigation algorithms | |
Zakali | The model of inertial navigation system on base of MEMS sensors for unmanned aerial vehicles | |
Wu et al. | A novel approach for attitude estimation using MEMS inertial sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150531 |