RU2572403C1 - Method of inertial navigation and device for its realisation - Google Patents
Method of inertial navigation and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572403C1 RU2572403C1 RU2015111505/28A RU2015111505A RU2572403C1 RU 2572403 C1 RU2572403 C1 RU 2572403C1 RU 2015111505/28 A RU2015111505/28 A RU 2015111505/28A RU 2015111505 A RU2015111505 A RU 2015111505A RU 2572403 C1 RU2572403 C1 RU 2572403C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calculator
- angular velocity
- accelerometers
- navigation
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигационных измерений и может быть использовано для определения координат местоположения подвижного объекта, например летательного аппарата (ЛА).The invention relates to the field of navigation measurements and can be used to determine the coordinates of the location of a moving object, for example, an aircraft (LA).
Известен способ компенсации инструментальных погрешностей бесплатформенных инерциальных навигационных систем, заключающийся во вращении по периодическому закону управления инерциального измерительного блока, состоящего из блока акселерометров и блока гироскопов и закрепленного на механизме вращения, коррекции параметров закона управления инерциальным измерительным блоком на основании функциональной зависимости между оптимальными параметрами закона управления и данными об изменении в процессе эксплуатации инструментальных погрешностей лазерных гироскопов [1].A known method of compensating for instrumental errors of strapdown inertial navigation systems, which consists in rotating according to the periodic law of control of an inertial measuring unit, consisting of a block of accelerometers and a block of gyroscopes and mounted on a rotation mechanism, correcting the parameters of the control law of an inertial measuring unit based on the functional relationship between the optimal parameters of the control law and data on changes during the operation of instrumental errors of laser gyroscopes [1].
Известно устройство, реализующее данный способ, включающее инерциальный измерительный блок, в состав которого входят блок лазерных гироскопов и блок акселерометров, механизм вращения, блок электроники инерциального измерительного блока и интерфейсы, цифровой микропроцессор, блок сопряжения с навигационной информацией, блок вычисления скоростей, блок управления и отображения информации, аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, шину навигационной информации, блок коррекции, в состав которого входят счетчик времени, блок определения погрешностей лазерных гироскопов, блок выдачи сигнала коррекции, блок выдачи параметров закона управления, при этом входы блока определения погрешностей лазерных гироскопов соединены с выходами блока управления и отображения информации и счетчика времени, выход которого соединен с блоком выдачи сигнала коррекции; выход блока выдачи параметров закона управления соединен с входом блока электроники инерциального измерительного блока и интерфейсов, а входы - с выходами блока определения погрешностей лазерных гироскопов и блока выдачи сигнала коррекции [1].A device is known that implements this method, including an inertial measuring unit, which includes a laser gyroscope unit and an accelerometer unit, a rotation mechanism, an inertial measuring unit electronics unit and interfaces, a digital microprocessor, a navigation information interface unit, a speed calculation unit, a control unit, and information display, analog-to-digital converter and digital-to-analog converter, navigation information bus, correction block, which includes counters time determining unit errors laser gyroscopes correction signal output unit, output unit parameter of the control law, the error determination unit inputs the laser gyro connected to outputs of the control unit and the display information and the time counter, the output of which is connected to provide a signal correction unit; the output of the control law parameter output unit is connected to the input of the inertial measuring unit electronics and interfaces, and the inputs to the outputs of the laser gyro error determination unit and the correction signal output unit [1].
Недостатком известных способа и устройства является отсутствие возможности компенсации погрешностей чувствительных элементов (гироскопов и акселерометров) инерциального измерительного блока за счет дополнительного инерциального измерительного блока.A disadvantage of the known method and device is the inability to compensate for errors of sensitive elements (gyroscopes and accelerometers) of the inertial measuring unit due to the additional inertial measuring unit.
Наиболее близкими к изобретению являются способ определения навигационных параметров летательного аппарата, заключающийся в измерении направления и величины векторов угловой скорости летательного аппарата относительно измерительной системы координат, определении текущей ориентации измерительной системы координат относительно навигационной системы координат, модуляции погрешностей составляющих векторов угловой скорости, определении текущих значений навигационных параметров по измеренным векторам ускорения и угловых скоростей и текущей ориентации измерительной системы координат, определении направления вектора погрешности текущей ориентации измерительной системы координат и модуляции этого вектора погрешности [2].Closest to the invention are a method for determining the navigation parameters of an aircraft, which consists in measuring the direction and magnitude of the angular velocity vectors of the aircraft relative to the measuring coordinate system, determining the current orientation of the measuring coordinate system relative to the navigation coordinate system, modulating the errors of the components of the angular velocity vectors, determining the current values of navigation parameters for measured acceleration vectors and angular velocities and measuring the current orientation of the coordinate system, determining the direction of the vector error current orientation of the coordinate system and measuring the modulation of the error vector [2].
Наиболее близким устройством, реализующим данный способ, является устройство для определения навигационных параметров летательного аппарата, представляющее собой бесплатформенную инерциальную навигационную систему, содержащую блок датчиков линейных ускорений или линейных скоростей, блок датчиков угловых скоростей и вычислитель вектора состояния объекта, входы которого связаны с блоком датчиков угловых скоростей и блоком датчиков линейных ускорений или линейных скоростей, а также программными механизмами углового разворота, число которых соответствует числу датчиков угловых скоростей в блоке датчиков угловых скоростей, при этом каждый программный механизм программного разворота кинематически связан с соответствующим датчиком угловой скорости, вход каждого из программных механизмов программного разворота связан с выходом вычислителя вектора состояния объекта, дополнительно содержит вторую аналогичную бесплатформенную инерциальную навигационную систему, образуя при этом инерциальную навигационную мультисистему, при этом два блока измерителей которой одновременно разворачиваются в пространстве в противоположных направлениях программными механизмами углового разворота (силовой частью датчиков углов) по сигналу, вырабатываемому устройством управления, состоящим из определителя разности модуля векторов ошибок угловых скоростей и формирователя управляющего сигнала [2].The closest device that implements this method is a device for determining the navigation parameters of an aircraft, which is a strap-down inertial navigation system containing a block of linear acceleration sensors or linear velocities, a block of angular velocity sensors and a calculator of the object state vector, the inputs of which are connected to the block of angular sensors speeds and a block of linear acceleration sensors or linear speeds, as well as software mechanisms for angular rotation, number which corresponds to the number of angular velocity sensors in the block of angular velocity sensors, with each programmatic program turning mechanism kinematically connected to the corresponding angular velocity sensor, the input of each of the programmatic turning mechanism software is connected to the output of the object state vector calculator, additionally contains a second similar strap-down inertial navigation system , thus forming an inertial navigation multisystem, while two measuring blocks of which one temporarily deploy in space in opposite directions by the angular rotation software mechanisms (the power part of the angle sensors) according to the signal generated by the control device, consisting of the determinant of the difference in the module of angular velocity error vectors and the driver of the control signal [2].
Недостатки известных способа и устройства - компенсация погрешностей только гироскопов и отсутствие возможности компенсации погрешностей акселерометров.The disadvantages of the known method and device is the compensation of errors only gyroscopes and the lack of compensation for errors of accelerometers.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения пилотажных и навигационных параметров полета летательного аппарата путем компенсации погрешностей как гироскопов, так и акселерометров за счет дополнительных гироскопов и акселерометров. Компенсация погрешностей достигается за счет поворота векторов погрешностей акселерометров и гироскопов дополнительных блоков в противоположные направления погрешностям акселерометров и гироскопов основных блоков. Векторы погрешностей противоположны, в случае если разность показаний чувствительных элементов, приведенных к единой системе координат, максимальна.An object of the invention is to increase the accuracy of determining the flight and navigation parameters of an aircraft flight by compensating for errors in both gyroscopes and accelerometers due to additional gyroscopes and accelerometers. Error compensation is achieved by rotating the error vectors of the accelerometers and gyroscopes of the additional units in the opposite directions to the errors of the accelerometers and gyroscopes of the main blocks. The error vectors are opposite if the difference in the readings of the sensitive elements reduced to a single coordinate system is maximum.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе инерциальной навигации, заключающемся в измерении угловой скорости и ускорения летательного аппарата, определении текущей ориентации измерительной системы координат относительно навигационной системы координат, компенсации погрешностей измерителей угловой скорости первого блока измерителей угловой скорости за счет погрешностей измерителей угловой скорости второго блока измерителей угловой скорости путем разворота блоков до достижения максимума разности показаний измерителей угловой скорости, приведенных к единой системе координат, определении текущих значений навигационных параметров по измеренным значениям ускорения и угловых скоростей и текущей ориентации измерительной системы координат, дополнительно осуществляют компенсацию погрешностей акселерометров первого блока акселерометров за счет погрешностей акселерометров второго блока акселерометров путем разворота блоков до достижения максимума разности показаний акселерометров, приведенных к единой системе координат.The technical result of the invention is achieved by the fact that in the inertial navigation method consisting in measuring the angular velocity and acceleration of the aircraft, determining the current orientation of the measuring coordinate system relative to the navigation coordinate system, compensating for errors in the angular velocity meters of the first block of angular velocity meters due to errors in the angular velocity meters of the second the block of angular velocity meters by turning the blocks until the maximum difference of the reading angular velocity meters reduced to a single coordinate system, determining the current values of navigation parameters from the measured values of acceleration and angular velocities and the current orientation of the measuring coordinate system, additionally compensate for the errors of the accelerometers of the first block of accelerometers due to the errors of the accelerometers of the second block of accelerometers by turning the blocks until the maximum differences in the readings of accelerometers reduced to a single coordinate system.
В устройство для инерциальной навигации, включающее первый и второй навигационные вычислители, первое и второе суммирующие устройства, первое и второе множительные устройства, вычислитель разности сигналов гироскопов, первый формирователь управляющих сигналов, первое поворотное устройство, первый, второй и третий акселерометры, первый, второй и третий измерители угловой скорости, первый, второй и третий датчики угла, четвертый, пятый и шестой акселерометры, четвертый, пятый и шестой измерители угловой скорости, четвертый, пятый и шестой датчики угла, выходы первого, второго и третьего акселерометров соединены с первым, вторым и третьим входами первого навигационного вычислителя, выходы четвертого, пятого и шестого акселерометров соединены с первым, вторым и третьим входами второго навигационного вычислителя, выходы первого, второго и третьего датчиков угла соединены с четвертым, пятым и шестым входами первого навигационного вычислителя, выходы четвертого, пятого и шестого датчиков угла соединены с четвертым, пятым и шестым входами второго навигационного вычислителя, выходы первого, второго и третьего измерителей угловой скорости соединены с седьмым, восьмым и девятым входами первого навигационного вычислителя, выходы четвертого, пятого и шестого измерителей угловой скорости соединены с седьмым, восьмым и девятым входами второго навигационного вычислителя, первый и второй входы первого суммирующего устройства соединены с первыми выходами первого и второго навигационных вычислителей, а выход через первое множительное устройство соединен с первым выходом устройства, первый и второй входы второго суммирующего устройства соединены со вторыми выходами первого и второго навигационных вычислителей, а выход через второе множительное устройство соединен со вторым выходом устройства, первый, второй и третий измерители угловой скорости соединены с первым, вторым и третьим входами вычислителя разности сигналов гироскопов, четвертый, пятый и шестой измерители угловой скорости соединены с четвертым, пятым и шестым входами вычислителя разности сигналов гироскопов, выход которого через первый формирователь управляющих сигналов поступает на вход первого и второго поворотных устройств, первое поворотное устройство осуществляет поворот первого блока измерителей угловой скорости с расположенными на нем первым, вторым и третьим измерителями угловой скорости относительно корпуса летательного аппарата, второе поворотное устройство осуществляет поворот второго блока измерителей угловой скорости с расположенными на нем четвертым, пятым и шестым измерителями угловой скорости относительно корпуса летательного аппарата, дополнительно введены вычислитель разности сигналов акселерометров, второй формирователь управляющих сигналов, третье и четвертое поворотные устройства, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый датчики угла, причем первый, второй, третий акселерометры и седьмой, восьмой, девятый датчики угла объедены в первый блок акселерометров, первый, второй, третий измерители угловой скорости и первый, второй, третий датчики угла объединены в первый блок измерителей угловой скорости, четвертый, пятый, шестой акселерометры и десятый, одиннадцатый, двенадцатый датчики угла объединены во второй блок акселерометров, четвертый, пятый, шестой измерители угловой скорости и четвертый, пятый, шестой датчики угла объединены во второй блок измерителей угловой скорости, выходы первого, второго и третьего датчиков угла соединены с седьмым, восьмым и девятым входами вычислителя разности сигналов гироскопов, выходы четвертого, пятого и шестого датчиков угла соединены с десятым, одиннадцатым и двенадцатым входами вычислителя разности сигналов гироскопов, выходы седьмого, восьмого и девятого датчиков угла соединены с первым, вторым и третьим входами вычислителя разности сигналов акселерометров и десятым, одиннадцатым и двенадцатым входами первого навигационного вычислителя, выходы первого, второго и третьего акселерометров соединены с четвертым, пятым и шестым входами вычислителя разности сигналов акселерометров, выходы десятого, одиннадцатого и двенадцатого датчиков угла соединены с десятым, одиннадцатым и двенадцатым входами второго навигационного вычислителя и с седьмым, восьмым и девятым входами вычислителя разности сигналов акселерометров, выходы четвертого, пятого и шестого акселерометров соединены с вычислителем разности сигналов акселерометров, выход которого через второй формирователь управляющих сигналов соединен с входами третьего и четвертого поворотных устройств, третье поворотное устройство осуществляет поворот первого блока акселерометров с расположенными на нем первым, вторым и третьим акселерометрами относительно корпуса летательного аппарата, четвертое поворотное устройство осуществляет поворот второго блока акселерометров с расположенными на нем четвертым, пятым и шестым акселерометрами относительно корпуса летательного аппарата.An inertial navigation device comprising first and second navigation calculators, first and second summing devices, first and second multiplying devices, a difference signal calculator of gyroscopes, a first driver of control signals, a first rotary device, a first, second and third accelerometers, the first, second and third angular velocity meters, first, second and third angle sensors, fourth, fifth and sixth accelerometers, fourth, fifth and sixth angular velocity meters, fourth, fifth and sixth angle sensors, outputs of the first, second, and third accelerometers are connected to the first, second, and third inputs of the first navigation calculator, outputs of the fourth, fifth, and sixth accelerometers are connected to the first, second, and third inputs of the second navigation calculator, outputs of the first, second, and third angle sensors are connected with the fourth, fifth and sixth inputs of the first navigation computer, the outputs of the fourth, fifth and sixth angle sensors are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the second navigation computer, the outputs of the first, second and third angular velocity meters are connected to the seventh, eighth and ninth inputs of the first navigation calculator, the outputs of the fourth, fifth and sixth angular velocity meters are connected to the seventh, eighth and ninth inputs of the second navigation calculator, the first and second inputs of the first summing device are connected with the first outputs of the first and second navigation computers, and the output through the first multiplying device is connected to the first output of the device, the first and second inputs of the second umming devices are connected to the second outputs of the first and second navigation calculators, and the output through the second multiplying device is connected to the second output of the device, the first, second and third angular velocity meters are connected to the first, second and third inputs of the calculator of the difference of the signals of the gyroscopes, fourth, fifth and sixth angular velocity meters are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the calculator of the difference of the signals of the gyroscopes, the output of which is supplied through the first driver of the control signals at the input of the first and second rotary devices, the first rotary device rotates the first block of angular velocity meters with the first, second and third angular velocity meters located on it relative to the aircraft body, the second rotary device rotates the second block of angular velocity meters with the fourth located on it , fifth and sixth angular velocity meters relative to the aircraft body, an additional signal difference calculator is introduced accelerometers, a second driver of control signals, third and fourth rotary devices, seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh and twelfth angle sensors, the first, second, third accelerometers and seventh, eighth, ninth angle sensors are combined into the first block of accelerometers, the first, the second, third angular velocity meters and the first, second, third angle sensors are combined into the first block of angular velocity meters, the fourth, fifth, sixth accelerometers and the tenth, eleventh, twelfth angle sensors combined In the second block of accelerometers, the fourth, fifth, sixth angular velocity meters and the fourth, fifth, sixth angle sensors are combined in the second block of angular velocity meters, the outputs of the first, second and third angle sensors are connected to the seventh, eighth and ninth inputs of the calculator of the difference signal of the gyroscopes , the outputs of the fourth, fifth and sixth angle sensors are connected to the tenth, eleventh and twelfth inputs of the calculator of the difference of the signals of the gyroscopes, the outputs of the seventh, eighth and ninth angle sensors are connected to the first, w the second and third inputs of the accelerometer signal difference calculator and the tenth, eleventh and twelfth inputs of the first navigation calculator, the outputs of the first, second and third accelerometers are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the difference signal calculator of the accelerometers, the outputs of the tenth, eleventh and twelfth angle sensors are connected to the tenth , the eleventh and twelfth inputs of the second navigation computer and with the seventh, eighth and ninth inputs of the calculator of the difference of the signals of the accelerometers, outputs h fourth, fifth and sixth accelerometers are connected to the accelerometer signal difference calculator, the output of which through the second driver of control signals is connected to the inputs of the third and fourth rotary devices, the third rotary device rotates the first block of accelerometers with the first, second, and third accelerometers located on it relative to the aircraft body apparatus, the fourth rotary device rotates the second block of accelerometers with the fourth located on it, fifth and sixth accelerometers relative to the body of the aircraft.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий:New features that have significant differences in the method is the following set of actions:
осуществляют компенсацию погрешностей акселерометров первого блока акселерометров за счет погрешностей акселерометров второго блока акселерометров путем разворота блоков до достижения максимума разности показаний акселерометров, приведенных к единой системе координат;they compensate for the errors of the accelerometers of the first block of accelerometers due to the errors of the accelerometers of the second block of accelerometers by turning the blocks until the maximum difference in the readings of the accelerometers reduced to a single coordinate system;
по устройству - наличие в схеме устройства вычислителя разности сигналов акселерометров, формирователя управляющих сигналов, двух поворотных устройств, восьми датчиков угла;on the device - the presence in the device circuit of the calculator of the difference of the signals of the accelerometers, the driver of the control signals, two rotary devices, eight angle sensors;
новые связи между известными и новыми признаками.new connections between known and new features.
Применение всех новых признаков позволяет повысить точность определения пилотажно-навигационных параметров летательного аппарата путем компенсации погрешностей акселерометров первого блока акселерометров за счет погрешностей акселерометров второго блока акселерометров.The use of all the new features allows to increase the accuracy of determining the flight and navigation parameters of the aircraft by compensating for the errors of the accelerometers of the first block of accelerometers due to the errors of the accelerometers of the second block of accelerometers.
На чертеже изображена блок-схема устройства для инерциальной навигации.The drawing shows a block diagram of a device for inertial navigation.
В состав устройства входят два навигационных вычислителя 1 и 2, два блока акселерометров 3 и 5, два блока измерителей угловой скорости 4 и 6, акселерометры 7-9 и 25-27, датчики угла 10-15 и 22-27, измерители угловой скорости 16-18 и 28-30, вычислители матрицы направляющих косинусов 31-34, 36-37, 39 и 41, вычислители параметров ориентации 35 и 38, интегрирующие вычислители 40, 42, 44, 46, 48 и 50, вычислители скоростей 43 и 45, вычислители координат 47 и 49, вычислители угловых скоростей 51 и 52, вычислитель разности сигналов гироскопов 53, формирователи управляющих сигналов 54 и 58, поворотные устройства 55, 56, 59 и 60, вычислитель разности сигналов акселерометров 57, суммирующие устройства 61 и 63, множительные устройства.The device includes two
Первый навигационный вычислитель 1 состоит из первого вычислителя матрицы направляющих косинусов 31, второго вычислителя матрицы направляющих косинусов 33, третьего вычислителя матрицы направляющих косинусов 34, вычислителя параметров ориентации 35, четвертого вычислителя матрицы направляющих косинусов 39, первого интегрирующего вычислителя 40, вычислителя скоростей 43, второго интегрирующего вычислителя 44, вычислителя координат 47, третьего интегрирующего вычислителя 48, вычислителя угловых скоростей 51.The
Второй навигационный вычислитель 2 состоит из первого вычислителя матрицы направляющих косинусов 32, второго вычислителя матрицы направляющих косинусов 36, третьего вычислителя матрицы направляющих косинусов 37, вычислителя параметров ориентации 38, четвертого вычислителя матрицы направляющих косинусов 41, первого интегрирующего вычислителя 42, вычислителя скоростей 45, второго интегрирующего вычислителя 46, вычислителя координат 49, третьего интегрирующего вычислителя 50, вычислителя угловых скоростей 52.The
Первый и второй навигационные вычислители 1 и 2 предназначены для вычисления пилотажно-навигационных параметров летательных аппаратов на основании показаний акселерометров и гироскопов.The first and
Первый блок 4 измерителей угловой скорости состоит из первого, второго и третьего измерителей угловой скорости 16, 17, 18 и закреплен на первом поворотном устройстве 55. На осях поворотного устройства расположены датчики 13, 14 и 15 угла, позволяющие измерить углы Эйлера-Крылова [3], определяющие ориентацию блока 4 измерителей угловой скорости относительно связанной с летательным аппаратом системы координат.The
Первый блок 3 акселерометров состоит из первого, второго и третьего акселерометров 7, 8, 9 и закреплен на третьем поворотном устройстве 59 с датчиками 7, 8, 9 на осях вращения.The
Второй блок 5 акселерометров состоит из четвертого, пятого и шестого акселерометров 19, 20, 21 и закреплен на четвертом поворотном устройстве 60 с датчиками 22, 23, 24 на осях вращения.The
Второй блок 6 измерителей угловой скорости состоит из четвертого, пятого и шестого измерителей угловой скорости 28, 29, 30 и закреплен на втором поворотном устройстве 56 с датчиками 25, 26, 27 на осях вращения.The
Измерители угловой скорости и акселерометры каждого из блоков 3, 4, 5 и 6 представляют собой ортогональные тройки измерителей.The angular velocity meters and accelerometers of each of the
Поворотные устройства 55, 56, 59 и 60 известны [4] и представляют собой карданный узел.
Выходы первого множительного устройства 62 несут информацию об углах ориентации летательного аппарата - тангаже ϑ, крене γ и курсе ψ.The outputs of the
Выходы второго множительного устройства 64 несут информацию о широте φ, долготе λ, высоте H, азимутальном угле ε, земных скоростях VX, VY и VZ.The outputs of the second
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Измерители угловой скорости и акселерометры каждого из блоков 4, 6 и 3, 5 определяют соответствующие параметры, а именно угловые скорости и ускорения, с ошибками. Ошибки ортогональной тройки чувствительных элементов определяют векторы погрешностей блоков чувствительных элементов - векторы дрейфа блоков измерителей угловой скорости 4 и 6, а также векторы погрешностей акселерометров блоков акселерометров 3 и 5.Angular velocity meters and accelerometers of each of
Первый и второй блоки 4 и 6 измерителей угловой скорости разворачиваются относительно друг друга таким образом, чтобы векторы дрейфа блоков были противоположны. Показателем того, что векторы дрейфа блоков измерителей угловой скорости противоположны, является то, что разность векторов показаний измерителей угловой скорости, приведенных к единой системе координат, максимальна.The first and
Приведение показаний измерителей угловой скорости блоков 4 и 6 к единой системе координат, а также вычисление разностного сигнала осуществляется в вычислителе 53 разности сигналов гироскопов. В качестве единой системы координат, в которой определяются разностные сигналы, определена связанная с ЛА система координат.The readings of the angular velocity meters of
Алгоритм работы вычислителя 53 разности сигналов гироскопов определяется следующими соотношениями.The operation algorithm of the
По сигналам, поступающим с датчиков углов 13, 14 и 15, вычисляются элементы матрицы направляющих косинусов (МНК) перехода из системы координат, связанной с первым блоком 4 измерителей угловой скорости, к связанной с ЛА системе координат:Based on the signals received from the angle sensors 13, 14 and 15, the matrix elements of the guide cosines (LSMs) of the transition from the coordinate system associated with the
где
Пересчет показаний измерителей 16, 17 и 18 угловой скорости блока 4 к связанной с ЛА системе координат осуществляется на основании соотношения:Recalculation of the readings of gauges 16, 17 and 18 of the angular velocity of
где
По сигналам, поступающим с датчиков углов 25, 26 и 27, вычисляются элементы матрицы направляющих косинусов (МНК) перехода из системы координат, связанной со вторым блоком 6 измерителей угловой скорости, к связанной с ЛА системе координат:Using the signals from the angle sensors 25, 26 and 27, the matrix elements of the guide cosines (LSMs) of the transition are calculated from the coordinate system associated with the
где
Пересчет показаний измерителей 28, 29 и 30 угловой скорости блока 6 к связанной с ЛА системе координат осуществляется на основании соотношения:Recalculation of the readings of measuring instruments 28, 29 and 30 of the angular velocity of
где
На основании разности показаний измерителей угловой скорости, приведенных к единой системе координатBased on the difference in the readings of the angular velocity meters, reduced to a single coordinate system
вычисляется длина данного вектораthe length of this vector is calculated
Величина этого вектора и является показателем, характеризующим направление векторов дрейфов первого и второго блоков 4 и 6 измерителей угловой скорости.The magnitude of this vector is an indicator characterizing the direction of the drift vectors of the first and
Задача первого формирователя 54 управляющих сигналов - максимизация показателя (6):The task of the
ΔГ→max.Δ G → max.
Первый формирователь 54 управляющих сигналов выдает сигналы управления на первое поворотное устройство 55 и второе поворотное устройство 56. Первое и второе поворотные устройства 55 и 56 осуществляют вращение соответственно первого и второго блоков 4 и 6 измерителей угловой скорости. Вращение блоков 4 и 6 осуществляется на дискретные углы последовательно вокруг трех осей поворотных устройств. Съем показаний с измерителей угловой скорости осуществляется при неподвижном относительно корпуса ЛА положении блоков измерителей угловой скорости. На основании этих показаний производится вычисление длины вектора ΔГ разности показаний измерителей угловой скорости, приведенных к единой системе координат, при различных дискретных углах поворотных устройств. Из данного массива значений максимальное определяет ориентацию блоков измерителей угловой скорости, при которых их векторы погрешностей противоположны. При такой ориентации блоков 4 и 6 погрешность измерителей угловой скорости первого блока 4 измерителей угловой скорости компенсируется за счет погрешностей измерителей угловой скорости второго блока 6 измерителей угловой скорости.The
Аналогично осуществляется определение ориентации и установка блоков 3 и 5 акселерометров для компенсации погрешностей первого блока 3 акселерометров за счет погрешностей второго блока 5 акселерометров.Similarly, the orientation is determined and the
По сигналам, поступающим с первого, второго и третьего измерителей 16, 17 и 18 угловой скорости первого блока 4 измерителей угловой скорости, в четвертом вычислителе 39 матрицы направляющих косинусов первого НВ и первом интегрирующем вычислителе 40 первого НВ вычисляется МНК перехода из системы координат, связанной с первым блоком 4 измерителей угловой скорости, к навигационной системе координат:The signals from the first, second and third angular velocity meters 16, 17 and 18 of the first block of 4 angular velocity meters, in the
где А1Г - МНК перехода из системы координат, связанной с первым блоком 4 измерителей угловой скорости, к навигационной системе координат;where A 1G - MNS transition from the coordinate system associated with the first block of 4 angular velocity meters to the navigation coordinate system;
- кососимметрическая матрица, составленная из проекций абсолютной угловой скорости системы координат, связанной с первым блоком 4 измерителей угловой скорости, на собственные оси (показания измерителей 16, 17 и 18 угловой скорости); - a skew-symmetric matrix, composed of projections of the absolute angular velocity of the coordinate system associated with the first block of 4 angular velocity meters, on their own axes (readings of angular velocity meters 16, 17 and 18);
- кососимметрическая матрица, составленная из проекций абсолютной угловой скорости навигационной системы координат на собственные оси. - skew-symmetric matrix, composed of projections of the absolute angular velocity of the navigation coordinate system on its own axis.
Соотношение (7) представляет собой обобщенное уравнение Пуассона и определяет ориентацию одной подвижной системы координат относительно другой подвижной системы координат [5].Relation (7) is a generalized Poisson equation and determines the orientation of one moving coordinate system relative to another moving coordinate system [5].
Аналогично в вычислителях 41 и 42 второго НВ 2 определяется МНК перехода из системы координат, связанной со вторым блоком 6 измерителей угловой скорости, к навигационной системе координат:Similarly, in the
где А2Г - МНК перехода из системы координат, связанной со вторым блоком 6 измерителей угловой скорости, к навигационной системе координат;where A 2G - MNS transition from the coordinate system associated with the
- кососимметрическая матрица, составленная из проекций абсолютной угловой скорости системы координат, связанной со вторым блоком 6 измерителей угловой скорости, на собственные оси (показания измерителей 28, 29 и 30 угловой скорости). - a skew-symmetric matrix made up of projections of the absolute angular velocity of the coordinate system associated with the second block of 6 angular velocity meters, on their own axes (readings of the angular velocity meters 28, 29 and 30).
По сигналам седьмого, восьмого и девятого датчиков угла 10, 11 и 12, а также первого, второго и третьего датчиков угла 13, 14 и 15 осуществляется пересчет показаний первого, второго и третьего акселерометров 7, 8 и 9 к системе координат связанной с первым блоком 4 измерителей угловой скорости:The signals of the seventh, eighth and ninth angle sensors 10, 11 and 12, as well as the first, second and third angle sensors 13, 14 and 15, recalculate the readings of the first, second and third accelerometers 7, 8 and 9 to the coordinate system associated with the
где
- МНК перехода из системы координат, связанной с первым блоком 3 акселерометров, к системе координат, связанной с ЛА; - OLS transition from the coordinate system associated with the first block of 3 accelerometers to the coordinate system associated with the aircraft;
Т - знак транспонирования матрицы.T is the transpose sign of the matrix.
Аналогично во втором навигационном вычислителе 2 пересчитываются показания акселерометров 19, 20 и 21 к системе координат, связанной со вторым блоком 6 измерителей угловой скорости.Similarly, in the
По сигналам, поступающим с вычислителя 39 матрицы направляющих косинусов и интегрирующего вычислителя 40, а также первого вычислителя 31 матрицы направляющих косинусов первого НВ, в вычислителе 43 скоростей и втором интегрирующем вычислителе 44 первого НВ определяются составляющие земной скорости:The signals from the
где ΩX, ΩY, ΩZ - составляющие относительной угловой скорости навигационной системы координат;where Ω X , Ω Y , Ω Z are the components of the relative angular velocity of the navigation coordinate system;
uX,uZ,uY - проекции угловой скорости Земли на оси навигационной системы координат;u X , u Z , u Y - projection of the angular velocity of the Earth on the axis of the navigation coordinate system;
Hб - барометрическая высота;H b - barometric height;
a - большая полуось земного эллипсоида; a - semimajor axis of the earth's ellipsoid;
ge - ускорение силы тяжести на экваторе;g e - acceleration of gravity at the equator;
q2 - коэффициент обратной связи, обеспечивающий устойчивость канала вертикальной скорости по ошибкам;q 2 - feedback coefficient, ensuring the stability of the vertical speed channel in error;
k - коэффициент, характеризующий изменение силы тяжести в зависимости от широты.k is a coefficient characterizing the change in gravity depending on latitude.
Аналогично составляющие земной скорости вычисляются во втором навигационном вычислителе 2.Similarly, the components of the earth's speed are calculated in the
По сигналам, поступающим с вычислителя скоростей 43 первого НВ через второй интегрирующий вычислитель 44 первого НВ в вычислителе координат 47 первого НВ, определяются географические координаты местоположения ЛА:The signals received from the
где φ, λ - соответственно географическая широта и долгота местоположения ЛА;where φ, λ - respectively, the geographical latitude and longitude of the location of the aircraft;
ε - азимутальный угол;ε is the azimuthal angle;
- радиус кривизны сечения эллипсоида меридиональной плоскостью; - radius of curvature of the cross section of the ellipsoid by the meridional plane;
- радиус кривизны сечения эллипсоида плоскостью, приходящей через геодезическую вертикаль места и ортогональную меридиану (радиус кривизны первого вертикала). - the radius of curvature of the cross section of an ellipsoid by a plane coming through the geodetic vertical of the place and the orthogonal meridian (radius of curvature of the first vertical).
Аналогично географические координаты местоположения ЛА вычисляются во втором навигационном вычислителе 2.Similarly, the geographical coordinates of the location of the aircraft are calculated in the
В вычислителе 51 угловых скоростей первого НВ определяются относительные, переносные и абсолютные угловые скорости навигационной системы координат:In the
Ориентация ЛА определяется на основании информации о:The orientation of the aircraft is determined on the basis of information about:
а) ориентации первого блока 4 измерителей угловых скоростей относительно навигационной системы координат;a) the orientation of the first block of 4 angular velocity meters relative to the navigation coordinate system;
б) ориентации первого блока 4 измерителей угловых скоростей относительно корпуса ЛА.b) the orientation of the first block of 4 angular velocity meters relative to the aircraft body.
Вычисления осуществляются в блоках 34 и 35.Calculations are performed in
Для определения углов ориентации ЛА необходимо определить МНК перехода от связанной с ЛА системы координат к навигационной системе координат:To determine the orientation angles of the aircraft, it is necessary to determine the least squares of the transition from the coordinate system associated with the aircraft to the navigation coordinate system:
По элементам матрицы D вычисляются углы ориентации ЛА - курс ψ, крен γ, тангаж υ:Based on the elements of the matrix D, the aircraft orientation angles are calculated - the course ψ, roll γ, pitch υ:
Аналогично углы ориентации ЛА вычисляются во втором навигационном вычислителе 2.Similarly, the orientation angles of the aircraft are calculated in the
На основании информации об ориентации ЛА, полученной в первом и втором навигационных вычислителях 1 и 2, в первом суммирующем устройстве 61 и первом множительном устройстве 62 вычисляется ориентация ЛА путем осреднения вычисленных значений.Based on the orientation information of the aircraft obtained in the first and
На основании информации о координатах и скоростях ЛА, полученной в первом и втором навигационных вычислителях 1 и 2, во втором суммирующем устройстве 63 и втором множительном устройстве 64 вычисляются координаты и скорости ЛА путем осреднения вычисленных значений.Based on the information about the coordinates and speeds of the aircraft, obtained in the first and
Пилотажно-навигационная информация с выходов устройства поступает в системы ЛА.Flight and navigation information from the device outputs enters the aircraft system.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2362977 С1, кл. G01C 21/10. Способ компенсации инструментальных погрешностей бесплатформенных инерциальных навигационных систем и устройство для его осуществления. 27.07.2009 (аналог).1. RF patent No. 2362977 C1, cl. G01C 21/10. A method for compensating instrumental errors of strapdown inertial navigation systems and a device for its implementation. 07/27/2009 (analog).
2. Патент РФ №2313067 С2, кл. G01C 21/12. Способ определения навигационных параметров летательного аппарата и устройство для его осуществления. 27.12.2005 (прототип).2. RF patent No. 2313067 C2, class. G01C 21/12. A method for determining the navigation parameters of an aircraft and a device for its implementation. 12/27/2005 (prototype).
3. Шепеть И.П., Онуфриенко В.В., Слесаренок С.В. Методическое обеспечение управляемых навигационных систем. (Монография). - Воронеж: Военный учебно-научный центр Военно-Воздушных Сил «Военно-Воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», 2012. - с. 54-60.3. To whisper I.P., Onufrienko V.V., Slesarenok S.V. Methodological support of managed navigation systems. (Monograph). - Voronezh: Military Training and Scientific Center of the Air Force “Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarina ", 2012. - p. 54-60.
4. Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы / Под ред. Д.С. Пельпора. - М.: Высш. шк., 1988. с. 367.4. Gyroscopic systems. Gyroscopic devices and systems / Ed. D.S. Pelpore. - M .: Higher. Shk., 1988.S. 367.
5. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. - М.: Машиностроение, 1982.5. Kuzovkov N.T., Salychev O.S. Inertial navigation and optimal filtering. - M.: Mechanical Engineering, 1982.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015111505/28A RU2572403C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Method of inertial navigation and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015111505/28A RU2572403C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Method of inertial navigation and device for its realisation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572403C1 true RU2572403C1 (en) | 2016-01-10 |
Family
ID=55072141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015111505/28A RU2572403C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Method of inertial navigation and device for its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572403C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2661446C1 (en) * | 2017-08-16 | 2018-07-16 | Сергей Анатольевич Черенков | Method of determining navigation parameters of object and strapdown inertial navigation system for implementation of method |
RU2744700C1 (en) * | 2020-07-29 | 2021-03-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method for inertial navigation on unmanned aerial vehicle and device for its use |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082098C1 (en) * | 1993-09-23 | 1997-06-20 | Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method of integration of internal navigation systems and complex navigation system |
RU2348903C1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-03-10 | Олег Степанович Салычев | Method of determination of navigating parameters by gimballess inertial navigating system |
RU2362977C1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-07-27 | Сергей Владимирович Слесаренок | Method of compensating instrumental errors of platformless inertial navigation systems and device to this end |
RU2382988C1 (en) * | 2008-12-24 | 2010-02-27 | Олег Степанович Салычев | Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements |
-
2015
- 2015-03-30 RU RU2015111505/28A patent/RU2572403C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082098C1 (en) * | 1993-09-23 | 1997-06-20 | Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method of integration of internal navigation systems and complex navigation system |
RU2348903C1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-03-10 | Олег Степанович Салычев | Method of determination of navigating parameters by gimballess inertial navigating system |
RU2362977C1 (en) * | 2008-05-26 | 2009-07-27 | Сергей Владимирович Слесаренок | Method of compensating instrumental errors of platformless inertial navigation systems and device to this end |
RU2382988C1 (en) * | 2008-12-24 | 2010-02-27 | Олег Степанович Салычев | Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2661446C1 (en) * | 2017-08-16 | 2018-07-16 | Сергей Анатольевич Черенков | Method of determining navigation parameters of object and strapdown inertial navigation system for implementation of method |
RU2744700C1 (en) * | 2020-07-29 | 2021-03-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method for inertial navigation on unmanned aerial vehicle and device for its use |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107588769B (en) | Vehicle-mounted strapdown inertial navigation, odometer and altimeter integrated navigation method | |
JP4989035B2 (en) | Error correction of inertial navigation system | |
JP4586172B2 (en) | Inertial navigation system | |
CN111811537A (en) | Error compensation method of strapdown inertial navigation and navigation system | |
CN109073388B (en) | Gyromagnetic geographic positioning system | |
US11226203B2 (en) | Low cost INS | |
RU2539140C1 (en) | Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle | |
CN108871378A (en) | Lever arm and the outer online dynamic calibrating method of lever arm error in two sets of Rotating Inertial Navigation Systems of one kind | |
US20140249750A1 (en) | Navigational and location determination system | |
RU2572403C1 (en) | Method of inertial navigation and device for its realisation | |
CN105606093B (en) | Inertial navigation method and device based on gravity real-Time Compensation | |
JP2004125689A (en) | Position calculation system for self-contained navigation | |
RU2487318C1 (en) | Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy | |
WO2010030565A1 (en) | Magnetic sensing device for navigation and detecting inclination | |
CN111812737B (en) | Integrated system for underwater navigation and gravity measurement | |
RU2373562C2 (en) | Method and device for controlling horizontal orientation of aircraft | |
RU2608337C1 (en) | Method of three-axis gyrostabilizer stabilized platform independent initial alignment in horizontal plane and at specified azimuth | |
US20170138738A1 (en) | Remote location determination system | |
JP2001141507A (en) | Inertial navigation system | |
RU2550592C1 (en) | Stabiliser gyrocompass | |
RU2502049C1 (en) | Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals | |
RU2313067C2 (en) | Method of determination of flying vehicle navigational parameters and device for realization of this method | |
CA1251563A (en) | Doppler-inertial data loop for navigation system | |
RU134633U1 (en) | PERSONAL NAVIGATION AND ORIENTATION DEVICE | |
RU2634071C1 (en) | Method for determining navigational parameters and strapdown inertial navigation system for its implementation |