RU2603767C1 - Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration - Google Patents

Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration Download PDF

Info

Publication number
RU2603767C1
RU2603767C1 RU2015132006/28A RU2015132006A RU2603767C1 RU 2603767 C1 RU2603767 C1 RU 2603767C1 RU 2015132006/28 A RU2015132006/28 A RU 2015132006/28A RU 2015132006 A RU2015132006 A RU 2015132006A RU 2603767 C1 RU2603767 C1 RU 2603767C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frame
drifts
axis
sin
angle
Prior art date
Application number
RU2015132006/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Исаакович Биндер
Алексей Сергеевич ЛЫСЕНКО
Original Assignee
Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборов подземной навигации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборов подземной навигации" filed Critical Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборов подземной навигации"
Priority to RU2015132006/28A priority Critical patent/RU2603767C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2603767C1 publication Critical patent/RU2603767C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/18Stabilised platforms, e.g. by gyroscope

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: invention relates to precision instrumentation and can be used during development and operation of navigation systems on the basis of gyroscopic devices (GD). Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration, for estimation of which the current value of rated integral parameter N defined by mathematical processing of output signals of gyroscope, angle transducer readings and accelerometers is used. Forced turning of the frame around the axis, parallel to axis of the kinetic moment through the current rated correction angle of the frame turning, is performed when the current value achieves or exceeds the rated integral parameter N of a preset threshold, determined as a ratio of mean-square deviation (MSD) of maximum permissible direction storage error, caused by structural drifts to MSD of the drift uncertainty.
EFFECT: technical result is increased accuracy of a navigation system owing to reduced effect of structural drifts of GU on the basic direction storage error irrespective of law of the object motion.
4 cl, 2 dwg

Description

Описание изобретенияDescription of the invention

Назначение и область примененияPurpose and scope

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств, например, гироскопов или датчиков угловых скоростей, в морской, воздушной, наземной, скважинной навигации, в том числе, предназначенных для исследования траекторий нефтяных, газовых, геотермальных, железорудных и других скважин.The invention relates to the field of precision instrumentation and can be used in the creation and operation of navigation systems based on gyroscopic devices, for example, gyroscopes or angular velocity sensors, in marine, air, ground, downhole navigation, including those designed to study oil and gas trajectories , geothermal, iron ore and other wells.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны различные способы автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов (корпусных дрейфов) гироскопического устройства (ГУ), обеспечивающие повышение его точности при использовании (см. книгу "Автокомпенсация инструментальных погрешностей гиросистем", авторы С.М.Зельдович и др. Изд. "Судостроение", 1976 г., УДК 531382, [1]).There are various methods of autocompensation of acceleration-independent drifts (hull drifts) of a gyroscopic device (GU), providing an increase in its accuracy when used (see the book "Autocompensation of instrumental errors of gyrosystems", authors S.M. Zel'dovich and other Publishing House "Shipbuilding" , 1976, UDC 531382, [1]).

Сущность любого способа автокомпенсации состоит в придании отдельным элементам и узлам гироскопического устройства дополнительных механических движений, позволяющих осуществить модуляцию уходов гироприборов и, в конечном итоге, превратить эти уходы из монотонных в периодические функции времени с ограниченной амплитудой. К этим способам, в частности, относятся: принудительное движение шарикоподшипниковых опор подвесов гироскопических устройств, например, гироскопов, принудительное вращение гироскопических чувствительных элементов, реверсирование векторов кинетических моментов гироскопов и т.д.The essence of any method of autocompensation is to give individual elements and nodes of the gyroscopic device additional mechanical movements that allow modulation of the departures of the gyroscopes and, ultimately, turn these departures from monotonic into periodic functions of time with a limited amplitude. These methods, in particular, include: forced movement of ball-bearing supports of suspensions of gyroscopic devices, for example, gyroscopes, forced rotation of gyroscopic sensitive elements, reversal of the kinetic moment vectors of gyroscopes, etc.

Однако собственное движение объекта вокруг оси, параллельной оси автокомпенсации, накладывается на вышесказанное принудительное движение гироскопического устройства (например, гироскопа), что приводит к снижению эффективности работы автокомпенсации, и, как следствие, к увеличению погрешности хранения заданного направления из-за того, что не происходит полной модуляции дрейфов. However, the proper movement of the object around an axis parallel to the axis of the autocompensation is superimposed on the aforementioned forced motion of the gyroscopic device (for example, a gyroscope), which leads to a decrease in the autocompensation operation efficiency, and, as a result, to an increase in the storage error of a given direction due to the fact that complete drift modulation occurs.

Наиболее близким к заявленному решению по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является способ автокомпенсации принудительным вращением карданова подвеса ГУ на основе гироскопа вокруг вектора кинетического момента, раскрытый в вышеупомянутой публикации [1, стр. 52]. В соответствии с решением, раскрытым в прототипе, способ автокомпенсации корпусных дрейфов, входящих в состав навигационной системы, установленной на объекте, ГУ, установленном вместе с триадой акселерометров на поворотной рамке, снабженной двигателем и датчиком угла, таким образом, что ось вращения рамки параллельна вектору кинетического момента ГУ, основан на принудительном вращении подвеса ГУ вокруг вектора кинетического момента. При этом при реализации указанного способа, основание, на котором закреплены подшипники наружного кольца подвеса ГУ на основе трехстепенного гироскопа, вращается при помощи двигателя, с постоянной угловой скоростью вокруг оси, параллельной исходной ориентации вектора кинетического момента гироскопа. Таким образом, корпус ГУ разворачивают в дискретные моменты времени вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента ГУ, с помощью поворотной рамки, связанной с двигателем, с дискретной фиксацией положений.Closest to the claimed solution on the basis of the essential features selected as a prototype is a method of auto-compensation by forced rotation of the universal joint gimbal based on a gyroscope around the kinetic moment vector, disclosed in the aforementioned publication [1, p. 52]. In accordance with the solution disclosed in the prototype, a method for automatically compensating for hull drifts included in a navigation system installed on an object, a GU installed together with a triad of accelerometers on a rotary frame equipped with an engine and an angle sensor, so that the axis of rotation of the frame is parallel to the vector The kinetic moment of the PG is based on the forced rotation of the suspension of the PG around the vector of the kinetic moment. Moreover, when implementing this method, the base on which the bearings of the outer suspension ring of the PG are mounted based on a three-stage gyroscope is rotated by an engine with a constant angular velocity around an axis parallel to the initial orientation of the gyroscope kinetic moment vector. Thus, the body of the control unit is deployed at discrete time instants around an axis parallel to the vector of the kinetic moment of the control unit using a rotary frame connected to the engine with discrete fixation of positions.

Основной недостаток данного решения заключается в том, что в рамках его осуществления не учитывается движение объекта вокруг его центра масс, и, как следствие, при наличии такого движения не происходит полной модуляции корпусных дрейфов ГУ( гироскопа) вплоть до полного ее прекращения (явление резонанса). Как следствие, указанный способ не позволяет исключить полностью влияние корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, где в качестве базовых направлений обычно принимаются направления на географический или магнитный север, но также могут служить направление вдоль дуги большого круга, соединяющего начальную и конечную точки маршрута, направление бомбометания от исходной точки до цели или произвольные горизонтальные направления, образующие навигационную систему координат, например, в полярных областях.The main disadvantage of this solution is that, in the framework of its implementation, the object’s motion around its center of mass is not taken into account, and, as a result, in the presence of such a movement, there is no complete modulation of the hull drifts of the PG (gyroscope) until its complete cessation (resonance phenomenon) . As a result, this method does not completely eliminate the influence of hull drifts of the GU on the error in storing the base direction, where the directions to the geographic or magnetic north are usually taken as base directions, but the direction along the arc of a large circle connecting the start and end points of the route can also be used. the direction of the bombing from the starting point to the target, or arbitrary horizontal directions forming a navigation coordinate system, for example, in polar regions.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в предложении способа автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов (корпусных дрейфов) гироскопического устройства (ГУ), обеспечивающего модуляцию весовых коэффициентов, определяющих влияние этих дрейфов на погрешность хранения заданного направления, в процессе работы навигационной системы на подвижном объекте.The technical problem solved by the present invention is to propose a method of automatic compensation of acceleration-independent drifts (hull drifts) of a gyroscopic device (GU), providing modulation of the weight coefficients that determine the effect of these drifts on the storage error of a given direction during the operation of the navigation system on a moving object .

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности навигационной системы за счет снижения влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от закона движения объектаThe technical result achieved by the claimed invention is to improve the accuracy of the navigation system by reducing the influence of hull drifts GU on the error in storage of the base direction, regardless of the law of movement of the object

Заявленный технический результат достигается тем, что используют способ автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ, установленного вместе с триадой акселерометров на поворотной рамке, снабженной двигателем и датчиком угла, таким образом, что ось вращения рамки параллельна вектору кинетического момента ГУ, заключающийся в том, что с помощью рамки, связанной с двигателем, корпус ГУ разворачивают в дискретные моменты времени вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента ГУ, с дискретной фиксацией положений. При этом способ согласно изобретению отличается от прототипа тем, что используют автокомпенсацию с обратной связью, при которой программно-аппаратным образом осуществляют непрерывное отслеживание уровня подавления корпусных дрейфов, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров, а принудительный разворот рамки вокруг оси, параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки β

Figure 00000001
i+1, с обеспечением возможности компенсации корпусных дрейфов гироскопа, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога Nmax, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения (СКО) максимальной допустимой погрешности хранения направления σAmax, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов στ, причем значение интегрального параметра N в каждый момент времени определяют путем математической обработки по формуле:The claimed technical result is achieved by using a method of auto-compensation of hull drifts of a PG installed together with a triad of accelerometers on a rotary frame equipped with an engine and an angle sensor, so that the axis of rotation of the frame is parallel to the vector of the kinetic moment of the PG, which consists in using the frame associated with the engine, the body of the PG is deployed at discrete moments of time around an axis parallel to the vector of the kinetic moment of the PG, with discrete fixation of positions. Moreover, the method according to the invention differs from the prototype in that feedback compensation is used, in which the software and hardware continuously monitor the level of suppression of body drifts, to evaluate which the current value of the calculated integral parameter N, determined by mathematical processing of the output signals of the gyroscope, is used, readings of the angle sensor and accelerometers, and the forced rotation of the frame around an axis parallel to the axis of the kinetic moment for the current calculation first rotational angle correction frame β
Figure 00000001
i + 1 , with the possibility of compensating for hull gyro drifts, is carried out when the calculated integral parameter N exceeds or exceeds the current threshold value N max , defined as the ratio of the standard deviation (SD) of the maximum permissible direction storage error σ Amax caused by hull drifts to the standard deviation the uncertainties of these drifts σ τ , and the value of the integral parameter N at each moment of time is determined by mathematical processing according to the formula:

Ν = K τ x 2 + K τ y 2

Figure 00000002
, Ν = K τ x 2 + K τ y 2
Figure 00000002
,

где K τ x

Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
- весовые коэффициенты, зависящие от угловых параметров движения объекта, определяемые путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла (ДУ) и/или акселерометров по формуламWhere K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
- weighting coefficients depending on the angular parameters of the object’s movement, determined by mathematical processing of the output signals of the gyroscope, readings of the angle sensor (DU) and / or accelerometers according to the formulas

{ K τ x ( t ) = 0 t sin ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t K τ y ( t ) = 0 t cos ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t

Figure 00000005
, { K τ x ( t ) = 0 t sin ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t K τ y ( t ) = 0 t cos ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t
Figure 00000005
,

где θ

Figure 00000006
и Ψ
Figure 00000007
- углы ориентации между корпусом объекта и горизонтной системой координат, β
Figure 00000001
- угол между ГУ и корпусом объекта, Where θ
Figure 00000006
and Ψ
Figure 00000007
- orientation angles between the body of the object and the horizontal coordinate system, β
Figure 00000001
- the angle between the PG and the body of the object,

а текущий поправочный угол поворота рамки β i + 1

Figure 00000008
определяют в момент времени, когда N≥ N max
Figure 00000009
путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний ДУ и/или акселерометров по формулам из следующей системы уравнений: and the current frame rotation angle β i + one
Figure 00000008
determined at a point in time when N≥ N max
Figure 00000009
by mathematical processing of the output signals of the gyroscope, the readings of the remote control and / or accelerometers according to the formulas from the following system of equations:

{ sin β i + 1 = sin β i K 1 + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + 1 = cos β i K 1 sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2

Figure 00000010
, (*) { sin β i + one = sin β i K one + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + one = cos β i K one - sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) 2
Figure 00000010
, (*)

где параметры К1 и К2:where the parameters K1 and K2:

{ K 1 = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) K τ x ( t i ) K τ y ( t k )

Figure 00000011
, а ( N ( t i ) ) = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2
Figure 00000012
- { K one = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) - ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) - K τ x ( t i ) K τ y ( t k )
Figure 00000011
, but ( N ( t i ) ) = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2
Figure 00000012
-

при этом t i

Figure 00000013
- момент времени вычисления текущего поправочного угла β i + 1
Figure 00000008
, когда условие N ≥ Nmax стало истиной, β i
Figure 00000014
- текущее значение угла между ГУ и корпусом объекта,wherein t i
Figure 00000013
- time point for calculating the current correction angle β i + one
Figure 00000008
when the condition N ≥ N max becomes true, β i
Figure 00000014
- the current value of the angle between the PG and the body of the object,

t i 1

Figure 00000015
- момент времени установки рамки в положение β i
Figure 00000016
. t i - one
Figure 00000015
- time frame setting β i
Figure 00000016
.

t k

Figure 00000017
- момент времени наблюдения за движением объекта, удовлетворяющий следующему условию: t i 1 < t k < t i
Figure 00000018
, t k
Figure 00000017
- the time moment of observation of the movement of the object, satisfying the following condition: t i - one < t k < t i
Figure 00000018
,

а Nmax= σAmax/ στ.and N max = σ Amax / σ τ .

При этом длительность интервала времени между принудительными разворотами рамки вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента на текущий поправочный угол поворота рамки β

Figure 00000001
i+1, зависящий от угловых параметров движения объекта, может быть определена на основании текущего значения весовых коэффициентов K τ x
Figure 00000019
и K τ y
Figure 00000020
и интегрального параметра N, а также соотношения N с предустановленным пороговым значением N max
Figure 00000009
.The duration of the time interval between forced turns of the frame around an axis parallel to the vector of kinetic moment by the current correction angle of rotation of the frame β
Figure 00000001
i + 1, depending on the angular parameters of the object’s movement, can be determined based on the current value of the weight coefficients K τ x
Figure 00000019
and K τ y
Figure 00000020
and the integral parameter N, as well as the relation N with a predefined threshold value N max
Figure 00000009
.

В одном из вариантов осуществления изобретения в качестве ГУ используют двухосный ДУС (датчик угловых скоростей), установленный на рамке так, чтобы ось его кинетического момента была параллельна оси вращения рамки.In one embodiment of the invention, a biaxial TLS (angular velocity sensor) mounted on the frame so that the axis of its kinetic moment is parallel to the axis of rotation of the frame is used as a PG.

В еще одном варианте изобретения, в качестве ГУ используют два одноосных ДУС, оси чувствительности каждого из которых ортогональны оси вращения рамки и друг другу.In yet another embodiment of the invention, two uniaxial TLSs are used as PGs, the sensitivity axes of each of which are orthogonal to the axis of rotation of the frame and to each other.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан один из вариантов осуществления, проиллюстрированный на:In order to better demonstrate the distinguishing features of the invention, as an example, not having any restrictive nature, one of the embodiments described below is described below:

Фиг. 1 - система координат, где ENh - горизонтная система координат, XkYkZk - система координат, связанная с объектом, XpYpZp - система координат, связанная с рамкой;FIG. 1 - coordinate system, where ENh is the horizontal coordinate system, XkYkZk is the coordinate system associated with the object, XpYpZp is the coordinate system associated with the frame;

Фиг. 2 - вариант осуществления ГУ на основе двухосного ДУС.FIG. 2 is an embodiment of a PG based on a biaxial CRS.

Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения изобретения и не могут рассматриваться в качестве ограничений его содержания, которое включает другие варианты осуществления.It should be noted that the accompanying drawings illustrate only one of the most preferred embodiments of the invention and cannot be construed as limiting its contents, which includes other embodiments.

Осуществимость изобретенияFeasibility of the invention

В качестве примера осуществления решения согласно заявленному изобретения, рассмотрим способ автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ на примере гироскопического инклинометра на основе двухосного ДУС, используемого в качестве ГУ. При этом в рассматриваемом примере осуществления гироскопический инклинометр рассматривается в качестве объекта, на который установлен ДУС (см. фиг.2). В данной схеме осуществления изобретения, представленной на фиг.2, акселерометры 2 и ДУС 1 расположены на вращающейся рамке 3. Рамка 3 имеет возможность устанавливаться в дискретные положения относительно продольной оси гироскопического инклинометра 6 с помощью двигателя 4. Для измерения угла поворота на оси рамки размещен датчик 5 угла (ДУ), например, оптический. ДУС 1 установлен так, чтобы оси чувствительности были перпендикулярны оси вращения рамки 3. В состав как рассматриваемого ГУ, так и ГУ в любом ином исполнении, как правило, также входят блок сервисных электронных устройств и блок обработки информации, включающий, по меньшей мере, вычислитель, реализованный на базе микропроцессора (на фиг.2 не показаны), связанные по линиям связи, например телеметрической связи, с внешним или встроенным пультом управления и компьютерным устройством (на чертежах не показаны). As an example of the implementation of the solution according to the claimed invention, we consider a method of auto-compensation of hull drifts of the PG using the example of a gyroscopic inclinometer based on a biaxial TLS used as a PG. Moreover, in the considered embodiment, the gyroscopic inclinometer is considered as the object on which the TLS is installed (see figure 2). In this embodiment of FIG. 2, accelerometers 2 and CRS 1 are located on a rotating frame 3. Frame 3 has the ability to be installed in discrete positions relative to the longitudinal axis of the gyroscopic inclinometer 6 using engine 4. To measure the angle of rotation on the axis of the frame angle sensor 5 (remote control), for example, optical. ДУС 1 is installed so that the sensitivity axes are perpendicular to the axis of rotation of the frame 3. As a part of the considered GU, and the GU in any other design, as a rule, also includes a block of service electronic devices and an information processing unit, including at least a computer implemented on the basis of a microprocessor (not shown in FIG. 2), connected via communication lines, for example, telemetric communication, with an external or integrated control panel and a computer device (not shown in the drawings).

Блок сервисных электронных устройств, как правило, включает, по меньшей мере блок питания, блок управления, усилители и аналого-цифровые преобразователи сигналов с чувствительных элементов ГУ, акселерометров и датчика угла, текущие данных которых непрерывно передаются в блок обработки информации(вычислитель) для их последующей обработки программно-аппаратным образом и выработки управляющих сигналов на соответствующие элементу ГУ для коррекции их положения. При наличии внешних пульта управления и компьютерного устройства текущие данные от чувствительных элементов ГУ, акселерометров и датчика угла могут передаваться по каналам телеметрической связи и/или любой иной проводной или беспроводной связи, известной в данной области техники, в соответствующие им блоки обработки информации для ее преобразования, обработки по предустановленным алгоритмам и выработки управляющих сигналов и команд на ГУ, в зависимости от решаемых задач. A block of service electronic devices, as a rule, includes at least a power supply unit, a control unit, amplifiers and analog-to-digital signal converters from sensitive sensors, accelerometers and an angle sensor, the current data of which are continuously transmitted to the information processing unit (calculator) for their subsequent processing by software and hardware and generating control signals for the corresponding GU element to correct their position. In the presence of an external control panel and a computer device, the current data from the GU sensors, accelerometers and an angle sensor can be transmitted via telemetry channels and / or any other wired or wireless communication known in the art to the corresponding information processing units for its conversion , processing according to predefined algorithms and generating control signals and commands on the GU, depending on the tasks being solved.

Согласно изобретению, при осуществлении способа автокомпенсации не зависящего от дрейфа корпуса гироскопического устройства, в качестве погрешности хранения базового направления принимают погрешность азимута ∆А, вызванную корпусными дрейфами ГУ (в примере осуществления - ДУС). Обозначив дрейфы ГУ τ x

Figure 00000021
и τ y
Figure 00000022
, углы между корпусом объекта и горизонтной системой координат - θ
Figure 00000006
, Ψ
Figure 00000007
, а угол между ГУ и корпусом объекта - β
Figure 00000001
, погрешность азимута ∆А может быть определена следующим образом:According to the invention, when implementing the method of automatic compensation independent of the drift of the body of the gyroscopic device, the azimuth error ΔA caused by the body drifts of the SU (in the embodiment, the TLS) is taken as the storage error of the base direction. Denoting drifts of GU τ x
Figure 00000021
and τ y
Figure 00000022
, the angles between the body of the object and the horizontal coordinate system - θ
Figure 00000006
, Ψ
Figure 00000007
, and the angle between the PG and the body of the object is β
Figure 00000001
, azimuth error ΔА can be determined as follows:

Δ A = 0 t τ x sin ( Ψ + β ) sin θ d t 0 t τ y cos ( Ψ + β ) sin θ d t

Figure 00000023
(1). Δ A = - 0 t τ x sin ( Ψ + β ) sin θ d t - 0 t τ y cos ( Ψ + β ) sin θ d t
Figure 00000023
(one).

Учитывая, что скорости изменения уходов(дрейфов) τx, τy представляют собой медленно меняющиеся функции времени по сравнению с другими сомножителями выражения (1), они могут быть вынесены за знаки интегралов, а оставшиеся интегральные выражения обозначены как весовые коэффициенты K τ x

Figure 00000019
и K τ y
Figure 00000020
соответственно. Тогда погрешность азимута ∆А можно представить в виде следующего выражения:Given that the rate of change of drifts (drifts) τx, τy are slowly changing time functions in comparison with other factors of expression (1), they can be taken out of the signs of the integrals, and the remaining integral expressions are indicated as weight coefficients K τ x
Figure 00000019
 and K τ y
Figure 00000020
 respectively. Then the azimuth error ∆A can be represented as the following expression:

Δ A = τ x K τ x τ y K τ y

Figure 00000024
(2). Δ A = - τ x K τ x - τ y K τ y
Figure 00000024
(2).

При этом, принимая во внимание, что закон изменения углов ориентации θ

Figure 00000006
и Ψ
Figure 00000007
, входящих в подынтегральные выражения, в общем случае произвольный, определяемый из следующих известных соотношений:Moreover, taking into account that the law of change of orientation angles θ
Figure 00000006
and Ψ
Figure 00000007
included in integrands, in the general case, arbitrary, determined from the following known relations:

ψ + β = a r c t g a x a y

Figure 00000025
; θ = arcsin a x 2 + a y 2 a z
Figure 00000026
, где a x , a y , a z
Figure 00000027
- выходные сигналы акселерометров, β
Figure 00000028
- выход датчика угла (угол между ГУ и корпусом объекта), очевидно, что при реализации способа автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ согласно прототипу значения весовых коэффициентов K τ x
Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
будут расти во времени, так как собственное движение прибора (определяемое значением угла ψ) складывается с принудительным движением рамки (определяемое значением угла β
Figure 00000028
), при этом, очевидным образом, не происходит полной модуляции дрейфов, и, как следствие, погрешность азимута возрастает. Таким образом, решение способа автокомпенсации корпусных дрейфов ГУ, раскрытое в прототипе, позволяет обеспечить модуляцию корпусных дрейфов ГУ в погрешности азимута только в случае соблюдения условия: θ = c onst
Figure 00000029
и Ψ = c o n s t
Figure 00000030
. ψ + β = a r c t g a x a y
Figure 00000025
; θ = arcsin a x 2 + a y 2 a z
Figure 00000026
where a x , a y , a z
Figure 00000027
- output signals of accelerometers, β
Figure 00000028
- the output of the angle sensor (the angle between the PG and the body of the object), it is obvious that when implementing the method of automatic compensation of the body drifts of the PG according to the prototype of the weight coefficient K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
will grow in time, since the proper movement of the device (determined by the value of the angle ψ) is added to the forced movement of the frame (determined by the value of the angle β
Figure 00000028
), in this case, obviously, there is no complete modulation of drifts, and, as a result, the azimuth error increases. Thus, the solution of the method for auto-compensation of hull drifts of the PG disclosed in the prototype allows modulating the hull drifts of the PG in the azimuth error only if the conditions are met: θ = c onst
Figure 00000029
and Ψ = c o n s t
Figure 00000030
.

Как было указано ранее, технической результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности навигационной системы ГУ за счет модуляции весовых коэффициентов, определяющих степень влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от движения объекта. As mentioned earlier, the technical result achieved by the claimed invention is to increase the accuracy of the navigation system of the PG due to the modulation of weighting factors that determine the degree of influence of the hull drifts of the PG on the error of storage of the base direction, regardless of the movement of the object.

В заявленном изобретении, автокомпенсация корпусных дрейфов ГУ обеспечивается за счет проведения разворотов ГУ в дискретные моменты времени вокруг вектора кинетического момента. При этом значение угла, в который при помощи двигателя и датчика угла выполняется разворот рамки ГУ, определяют на основании текущих значений углов ориентации объекта, входящих в выражение погрешности азимута (1).In the claimed invention, the self-compensation of the hull drifts of the PG is ensured by conducting the turns of the PG at discrete time instants around the kinetic moment vector. In this case, the value of the angle at which the PG frame is rotated using the engine and the angle sensor is determined based on the current values of the object orientation angles included in the expression of the azimuth error (1).

Анализ зависимости (1) показывает, что для уменьшения погрешности азимута ∆А необходимо уменьшать значения каждого из весовых коэффициентов K τ x

Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
, входящих в зависимость, определенную формулой (1). При этом из чертежей, представленных на фиг. 1 и 2, следует, что при помощи двигателя 4 возможно управление только углом между ГУ и корпусом объекта β
Figure 00000028
. При установке (развороте) рамки ГУ в определенные положения, можно добиться поддержания значений весовых коэффициентов K τ x
Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
в пределах, не превышающих заданного заранее установленного значения, при достижении которого производится разворот рамки на такой расчетный угол β
Figure 00000028
, который вызывает смену знака подынтегральных выражений, поэтому оба интеграла, определяющих зависимости весовых коэффициентов K τ x
Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
, становятся из растущих функций убывающими. Таким образом, весовые коэффициенты K τ x
Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
из неограниченно растущих со временем становятся ограниченными по величине независимо от закона движения, определяемого углами θ
Figure 00000006
и Ψ
Figure 00000007
. An analysis of dependence (1) shows that in order to reduce the azimuth error ΔА, it is necessary to reduce the values of each of the weighting coefficients K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
included in the dependence defined by formula (1). Moreover, from the drawings shown in FIG. 1 and 2, it follows that with the help of engine 4 it is possible to control only the angle between the PG and the body of the object β
Figure 00000028
. When setting (turning) the GU framework in certain positions, it is possible to maintain the values of weight coefficients K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
within the limits not exceeding a predetermined predetermined value, upon reaching which the frame is rotated by such a calculated angle β
Figure 00000028
, which causes a change in the sign of integrands, therefore both integrals that determine the dependences of the weight coefficients K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
, become diminishing from growing functions. Thus, the weights K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
from unlimited growing over time become limited in size regardless of the law of motion defined by angles θ
Figure 00000006
and Ψ
Figure 00000007
.

Таким образом, управляя углом β

Figure 00000028
, можно добиться минимизации интегральных коэффициентов, а в пределе, их обнуления. Снижая тем самым влияние корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления. Thus controlling the angle β
Figure 00000028
, one can achieve the minimization of integral coefficients, and, in the limit, their zeroing. Reducing the effect of hull drifts of the GU on the error of storage of the base direction.

Для суммарной оценки вклада весовых коэффициентов K τ x

Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
в погрешность азимута, на основании вышеизложенного, может быть определен расчетный интегральный параметр N, следующим образом:For a total assessment of the contribution of weights K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
in the azimuth error, based on the foregoing, the calculated integral parameter N can be determined, as follows:

Ν = K τ x 2 + K τ y 2

Figure 00000002
(3). Ν = K τ x 2 + K τ y 2
Figure 00000002
(3).

Выражение (3) для интегрального расчетного параметра N получено на основании известного в уроне техники предположения, что неопределенности дрейфов τ x

Figure 00000021
и τ y
Figure 00000022
являются случайными некоррелированными константами с равными дисперсиями среднеквадратичного отклонения (СКО) σ τ
Figure 00000031
:Expression (3) for the integral calculated parameter N is obtained on the basis of the assumption that drift uncertainties τ x
Figure 00000021
and τ y
Figure 00000022
are random uncorrelated constants with equal variances of standard deviation σ τ
Figure 00000031
:

σ A 2 = σ τ 2 K τ x 2 + σ τ 2 K τ y 2

Figure 00000032
, то есть σ A = σ τ N
Figure 00000033
, где σА - СКО погрешности хранения базового направления, вызванной корпусными дрейфами. σ A 2 = σ τ 2 K τ x 2 + σ τ 2 K τ y 2
Figure 00000032
, i.e σ A = σ τ N
Figure 00000033
, where σ A is the standard deviation of the storage error of the base direction caused by hull drifts.

Следовательно, для ограничения величины СКО погрешности хранения базового направления достаточно ограничить значение интегрального параметра N выбранным пороговым значением N max

Figure 00000009
, определяемым из соотношения σ A max = σ τ N max
Figure 00000034
, где σ A max
Figure 00000035
- максимальное допустимое значение СКО погрешности хранения базового направления, вызванное корпусными дрейфами ГУ. Therefore, to limit the value of the standard deviation of the storage error of the base direction, it is sufficient to limit the value of the integral parameter N to the selected threshold value N max
Figure 00000009
determined from the relation σ A max = σ τ N max
Figure 00000034
where σ A max
Figure 00000035
- the maximum permissible value of the standard deviation of the storage error of the base direction caused by hull drifts of the GU.

Соответственно, пороговое значение расчетного интегрального параметра N max

Figure 00000009
может быть определено как:Accordingly, the threshold value of the calculated integral parameter N max
Figure 00000009
may be defined as:

N max = σ A max / σ τ

Figure 00000036
, тогда, очевидно, что при N < N max
Figure 00000037
справедливо и σ A < σ A max
Figure 00000038
. N max = σ A max / σ τ
Figure 00000036
, then, obviously, for N < N max
Figure 00000037
fair and σ A < σ A max
Figure 00000038
.

В общем случае, пороговое значение N max

Figure 00000009
предпочтительно выбирают из совокупности следующих условий: техническая реализуемость и малость прогнозируемой ошибки угла азимута.In general, the threshold value N max
Figure 00000009
preferably selected from a combination of the following conditions: technical feasibility and the smallness of the predicted error of the azimuth angle.

Таким образом, если в момент времени t i

Figure 00000039
выполняется условие N N max
Figure 00000040
, для изменения знаков интегралов, ГУ относительно объекта необходимо установить в положение β i + 1
Figure 00000041
. С учетом вышеизложенного, весовые коэффициенты для момента времени t i + 1
Figure 00000042
( t i + 1
Figure 00000042
- момент времени, когда будет выполнено условие K τ x = 0
Figure 00000043
и K τ y = 0
Figure 00000044
) могут быть определены следующим образом:Thus, if at time t i
Figure 00000039
the condition is satisfied N N max
Figure 00000040
, to change the signs of the integrals, the GU relative to the object must be set to β i + one
Figure 00000041
. Based on the foregoing, weights for a point in time t i + one
Figure 00000042
( t i + one
Figure 00000042
- the point in time when the condition is met K τ x = 0
Figure 00000043
and K τ y = 0
Figure 00000044
) can be defined as follows:

{ K τ x ( t i + 1 ) = K τ x ( t i ) + t i t i + 1 sin Ψ ( t ) cos β i + 1 + cos Ψ ( t ) sin β i + 1 sin θ ( t ) d t K τ y ( t i + 1 ) = K τ y ( t i ) + t i t i + 1 cos Ψ ( t ) cos β i + 1 sin Ψ ( t ) sin β i + 1 sin θ ( t ) d t

Figure 00000045
(4). { K τ x ( t i + one ) = K τ x ( t i ) + t i t i + one sin Ψ ( t ) cos β i + one + cos Ψ ( t ) sin β i + one sin θ ( t ) d t K τ y ( t i + one ) = K τ y ( t i ) + t i t i + one cos Ψ ( t ) cos β i + one - sin Ψ ( t ) sin β i + one sin θ ( t ) d t
Figure 00000045
(four).

Введя следующие обозначения:By entering the following notation:

I s = t i t i + 1 sin Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t I c = t i t i + 1 cos Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t

Figure 00000046
(5). I s = t i t i + one sin Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t I c = t i t i + one cos Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t
Figure 00000046
(5).

Приравняв нулю весовые коэффициенты на момент времени t i + 1

Figure 00000042
, получим следующую систему уравнений, с учетом принятых в (5) обозначений:Equating to zero weight coefficients at time t i + one
Figure 00000042
, we obtain the following system of equations, taking into account the notation adopted in (5):

{ K τ x ( t i + 1 ) = K τ x ( t i ) + I s cos β i + 1 + I c sin β i + 1 = 0 K τ y ( t i + 1 ) = K τ y ( t i ) + I c cos β i + 1 I s sin β i + 1 = 0

Figure 00000047
(6). { K τ x ( t i + one ) = K τ x ( t i ) + I s cos β i + one + I c sin β i + one = 0 K τ y ( t i + one ) = K τ y ( t i ) + I c cos β i + one - I s sin β i + one = 0
Figure 00000047
(6).

Решение системы уравнений относительно sin β i + 1

Figure 00000048
и cos β i + 1
Figure 00000049
позволяет получить следующую систему зависимостей:Solution of a system of equations for sin β i + one
Figure 00000048
and cos β i + one
Figure 00000049
allows you to get the following system of dependencies:

{ sin β i + 1 = K τ y ( t i ) I s K τ x ( t i ) I c I s 2 + I c 2 cos β i + 1 = K τ x ( t i ) I s K τ y ( t i ) I c I s 2 + I c 2

Figure 00000050
(7). { sin β i + one = K τ y ( t i ) I s - K τ x ( t i ) I c I s 2 + I c 2 cos β i + one = - K τ x ( t i ) I s - K τ y ( t i ) I c I s 2 + I c 2
Figure 00000050
(7).

При этом выполнение следующего условия для указанного в делителе выражения:At the same time, the following conditions are satisfied for the expression specified in the divider:

I s 2 + I c 2 = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 = ( N ( t i ) ) 2

Figure 00000051
I s 2 + I c 2 = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 = ( N ( t i ) ) 2
Figure 00000051

обеспечивает минимальное время, за которое весовые коэффициенты K τ x

Figure 00000052
и K τ y
Figure 00000053
достигнут нуля.provides the minimum time for which weights K τ x
Figure 00000052
and K τ y
Figure 00000053
reached zero.

Поскольку, при t i + 1 t i 1 < < t r

Figure 00000054
(где t r
Figure 00000055
- время работы навигационной системы ГУ, t i 1
Figure 00000056
- момент времени, когда ГУ относительно объекта был установлен в положение β i
Figure 00000016
) закон изменения углов ориентации, а как следствие и закон изменения K τ x ( t )
Figure 00000057
и K τ y ( t )
Figure 00000058
можно считать неизменным. Тогда, выбрав интервал наблюдения от t k
Figure 00000059
до t i
Figure 00000060
( t i 1 < t k < t i
Figure 00000061
), система уравнений для весовых коэффициентов может быть представлена следующим образом:Since, when t i + one - t i - one < < t r
Figure 00000054
(Where t r
Figure 00000055
- the operating time of the navigation system GU, t i - one
Figure 00000056
- the point in time when the PG relative to the object was set to β i
Figure 00000016
) the law of change of orientation angles, and as a consequence, the law of change K τ x ( t )
Figure 00000057
and K τ y ( t )
Figure 00000058
can be considered unchanged. Then, by choosing the observation interval from t k
Figure 00000059
before t i
Figure 00000060
( t i - one < t k < t i
Figure 00000061
), the system of equations for weights can be represented as follows:

{ K τ x ( t i ) = K τ x ( t k ) + t k t i sin Ψ ( t ) cos β i + cos Ψ ( t ) sin β i sin θ ( t ) d t K τ y ( t i ) = K τ y ( t k ) + t k t i cos Ψ ( t ) cos β i sin Ψ ( t ) sin β i sin θ ( t ) d t

Figure 00000062
(8). { K τ x ( t i ) = K τ x ( t k ) + t k t i sin Ψ ( t ) cos β i + cos Ψ ( t ) sin β i sin θ ( t ) d t K τ y ( t i ) = K τ y ( t k ) + t k t i cos Ψ ( t ) cos β i - sin Ψ ( t ) sin β i sin θ ( t ) d t
Figure 00000062
(8).

Введя следующие обозначения:By entering the following notation:

{ f s = t k t i sin Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t = cos β i ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) sin β i ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) f c = t k t i cos Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t = sin β i ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) + cos β i ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) )

Figure 00000063
(9). { f s = t k t i sin Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t = cos β i ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) - sin β i ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) f c = t k t i cos Ψ ( t ) sin θ ( t ) d t = sin β i ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) + cos β i ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) )
Figure 00000063
(9).

и определив условия для выполнения нормировки следующим образом: and determining the conditions for normalization as follows:

I s = k f s , I c = k f c

Figure 00000064
(10). I s = k f s , I c = k f c
Figure 00000064
(10).

где k 2 = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 f s 2 + f c 2 = ( N ( t i ) ) 2 f s 2 + f c 2

Figure 00000065
(11),Where k 2 = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2 f s 2 + f c 2 = ( N ( t i ) ) 2 f s 2 + f c 2
Figure 00000065
(eleven),

при последующей подстановке (10) в (7) получим следующие выражения для тригонометрических функций угла β i + 1

Figure 00000008
, в который необходимо установить рамку:with subsequent substitution of (10) into (7), we obtain the following expressions for the trigonometric functions of the angle β i + one
Figure 00000008
in which you want to set the frame:

{ sin β i + 1 = sin β i K 1 + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + 1 = cos β i K 1 sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2

Figure 00000010
, (12) { sin β i + one = sin β i K one + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + one = cos β i K one - sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) 2
Figure 00000010
, (12)

где параметры K1 и К2 определяют из следующих соотношений:where the parameters K1 and K2 are determined from the following relationships:

K 1 = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) K τ x ( t i ) K τ y ( t k )

Figure 00000066
(13). K one = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) - ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) - K τ x ( t i ) K τ y ( t k )
Figure 00000066
(13).

Таким образом, полученная зависимость для расчета угла β i + 1

Figure 00000008
позволяет реализовать способ автокомпенсации корпусных дрейфов гироскопа с обратной связью с осуществляемым постоянным отслеживанием текущего, уже достигнутого уровня компенсации данных дрейфов, в котором момент времени, когда необходимо выполнить разворот и угол, в который необходимо установить рамку, зависят от угловых параметров движения прибора.Thus, the obtained dependence for calculating the angle β i + one
Figure 00000008
allows you to implement a method of automatic compensation of hull gyroscope drifts with feedback with ongoing monitoring of the current, already achieved level of compensation for these drifts, in which the moment of time when you need to make a turn and the angle at which you want to set the frame depend on the angular parameters of the movement of the device.

Осуществление способа происходит следующим образом.The implementation of the method is as follows.

Если выполняется условие N < Nmax , то ГУ относительно корпуса объекта неподвижен. При N ≥ Nmax из уравнений (12) вычисляется значение угла, в который необходимо установить ГУ относительно корпуса объекта. После выполнения этой операции ГУ разворачивается в это положение вокруг оси параллельной оси кинетического момента. Поскольку независимо от положения рамки, вычисление N продолжается, можно наблюдать уменьшение этого параметра со временем (до 0 в данном случае), а затем - его рост. При достижении условия N N max  

Figure 00000067
вновь происходит новый расчет значения угла, в который необходимо установить ГУ, и осуществляется следующий разворот рамки из текущего положения. Далее цикл повторяется. Поскольку интегральный параметр N осуществляет непрерывное отслеживание уже достигнутого уровня компенсации корпусных дрейфов ГУ, вырабатываемые при этом оценки позволяют рассчитать угол, на который необходимо развернуть рамку при достижении порогового значения, что позволяет ограничить погрешность выработки азимута, вызванную корпусными дрейфами ГУ в режиме постоянного наблюдения, независимо от закона движения объекта.If the condition N <N max is satisfied, then the PG relative to the body of the object is stationary. For N ≥ N max, from the equations (12) the value of the angle is calculated at which it is necessary to establish the PG relative to the body of the object. After performing this operation, the PG turns to this position around the axis parallel to the axis of the kinetic moment. Since, regardless of the position of the frame, the calculation of N continues, one can observe a decrease in this parameter with time (to 0 in this case), and then its growth. Upon reaching the condition N N max
Figure 00000067
again, a new calculation of the value of the angle at which it is necessary to set the PG occurs, and the next frame is rotated from the current position. Next, the cycle repeats. Since the integral parameter N continuously monitors the already achieved level of compensation of the hull drifts of the PG, the estimates generated in this case allow one to calculate the angle by which the frame must be rotated when the threshold value is reached, which allows limiting the error in the azimuth caused by the hull drifts of the PG in the constant observation mode, independently from the law of motion of the object.

Необходимо отметить, что все вычисления осуществляются на основании объективно получаемых измерений датчика угла, акселерометров и ГУ, которые передаются в режиме реального времени на наземный пульт управления и обрабатываются персональным компьютером или аналогичными устройствами, связанным с наземным пультом управления с выработкой на основании вычислений и передачей управляющих сигналов на гироскопическое устройство. Аналогичным образом указанные операции могут осуществляться и при реализации встроенного в ГУ блока обработки информации, пульта управления и вычислителя, на базе микропроцессорных устройств. При любом из вариантов осуществляется систем или модулей управления и обработки текущей информации способ автокомпенсации независимых от ускорений дрейфов гироскопического устройства, согласно заявленному изобретению, могут осуществляться программно-аппаратным образом автоматически. It should be noted that all calculations are carried out on the basis of objectively obtained measurements of the angle sensor, accelerometers and PG, which are transmitted in real time to the ground control panel and processed by a personal computer or similar devices connected to the ground control panel with generation based on the calculations and transmission of control signals to the gyroscopic device. Similarly, these operations can be carried out when implementing the information processing unit integrated in the GU, the control panel and the computer, based on microprocessor devices. With any of the options, control systems or current information processing systems or modules are implemented, the method of auto-compensation of gyroscopic devices independent of accelerations of drifts, according to the claimed invention, can be carried out automatically in a hardware-software manner.

Рассмотренный выше пример осуществления, как было указано раньше, относился к продольной компоновке гироскопического инклинометра, однако, очевидно, что реализованный в настоящем изобретении способ автокомпенсации может быть применен при реализации любых других гироскопических приборах, т.к. в данном случае, основным объектом наблюдения является собственно гироскоп и возможность управления разворотом рамки для компенсации корпусных дрейфов гироскопа.The embodiment described above, as indicated earlier, related to the longitudinal arrangement of the gyroscopic inclinometer, however, it is obvious that the self-compensation method implemented in the present invention can be applied to any other gyroscopic devices, since in this case, the main object of observation is the gyroscope itself and the ability to control the rotation of the frame to compensate for the body drifts of the gyroscope.

Без потери качества способа автокомпенсации согласно изобретению, в качестве ГУ может быть использован:Without loss of quality of the method of auto-compensation according to the invention, as a GU can be used:

- один двухосный ДУС, установленный так, чтобы ось его кинетического момента была параллельна оси вращения рамки.- one biaxial TLS installed so that the axis of its kinetic moment is parallel to the axis of rotation of the frame.

При использовании двухосного ДУС в качестве ГУ, ДУС измеряет две проекции угловой скорости. Значения угловых скоростей будут содержать погрешности, в том числе, корпусные дрейфы, к которым справедлив способ автокомпенсации, все вышеуказанные выводы остаются справедливыми и для данного варианта осуществления изобретения. When using a biaxial TLS as a PG, the TLS measures two projections of angular velocity. Values of angular velocities will contain errors, including hull drifts, to which the method of auto-compensation is valid, all the above conclusions remain valid for this embodiment of the invention.

- два одноосных ДУС, оси чувствительности которых ортогональны друг другу и оси вращения рамки.- two uniaxial TLS, the sensitivity axes of which are orthogonal to each other and the axis of rotation of the frame.

При использовании двух одноосных ДУС в качестве ГУ, измеряют две проекции угловой скорости, при этом значения угловых скоростей будут содержать погрешности, в том числе, корпусные дрейфы, к которым справедлив способ автокомпенсации, раскрытый выше в описании и соответствующий заявленному изобретению.When using two uniaxial TLS as a control unit, two projections of the angular velocity are measured, while the angular velocity values will contain errors, including hull drifts, to which the auto-compensation method described above and corresponding to the claimed invention is valid.

Таким образом, заявленный способ автокомпенсации независящих от ускорения дрейфов ГУ позволят существенно повысить точность навигационной системы ГУ за счет модуляции весовых коэффициентов, определяющих степень влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от движения объекта.Thus, the claimed method of auto-compensation of acceleration-independent drifts of PGs will significantly improve the accuracy of the navigation system of the PGs by modulating the weight coefficients that determine the degree of influence of the hull drifts of the PGs on the storage error of the base direction, regardless of the movement of the object.

Claims (3)

Способ автокомпенсации корпусных дрейфов гироскопического устройства (ГУ), установленного вместе с триадой акселерометров на поворотной рамке, снабженной двигателем и датчиком угла, таким образом, что ось вращения рамки параллельна вектору кинетического момента ГУ, заключающийся в том, что с помощью рамки, связанной с двигателем, корпус ГУ разворачивают в дискретные моменты времени вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента ГУ, с дискретной фиксацией положений, отличающийся тем, что используют автокомпенсацию с обратной связью, при которой программно-аппаратным образом осуществляют непрерывное отслеживание уровня подавления корпусных дрейфов, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров, а принудительный разворот рамки вокруг оси параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки β
Figure 00000001
i+1, с обеспечением возможности компенсации корпусных дрейфов гироскопа, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога Nmax, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения (СКО) максимальной допустимой погрешности хранения направления σAmax, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов στ, причем значение интегрального параметра N в каждый момент времени определяют путем математической обработки по формуле:
Ν = K τ x 2 + K τ y 2
Figure 00000002
,
где K τ x
Figure 00000003
и K τ y
Figure 00000004
- весовые коэффициенты, зависящие от угловых параметров движения объекта, определяемые путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла (ДУ) и/или акселерометров по формулам
{ K τ x ( t ) = 0 t sin ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t K τ y ( t ) = 0 t cos ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t
Figure 00000068
,
где θ
Figure 00000006
и Ψ
Figure 00000007
- углы ориентации между корпусом объекта и горизонтной системой координат, β
Figure 00000001
- угол между ГУ и корпусом объекта,
а текущий поправочный угол поворота рамки β i + 1
Figure 00000008
определяют в момент времени, когда N≥ N max
Figure 00000009
путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний ДУ и/или акселерометров по формулам из следующей системы уравнений:
{ sin β i + 1 = sin β i K 1 + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + 1 = cos β i K 1 sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) ) 2
Figure 00000010
, (*)
где параметры К1 и К2:
{ K 1 = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) K τ x ( t i ) K τ y ( t k )
Figure 00000011
, а ( N ( t i ) ) = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2
Figure 00000012
-
при этом t i
Figure 00000013
- момент времени вычисления текущего поправочного угла β i + 1
Figure 00000008
, когда условие N ≥ Nmax стало истиной, β i
Figure 00000014
- текущее значение угла между ГУ и корпусом объекта,
t i 1
Figure 00000015
- момент времени установки рамки в положение β i
Figure 00000016
.
t k
Figure 00000017
- момент времени наблюдения за движением объекта, удовлетворяющий следующему условию: t i 1 < t k < t i
Figure 00000018
,
а Nmax= σAmax/ στ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность интервала времени между принудительными разворотами рамки ГУ вокруг оси параллельной вектору кинетического момента на текущий поправочный угол поворота рамки β
Figure 00000001
i+1, зависящий от угловых параметров движения объекта, определяют на основании текущего значения весовых коэффициентов K τ x
Figure 00000019
и K τ y
Figure 00000020
и расчетного интегрального параметра N, а также соотношения N с предустановленным пороговым значением N max
Figure 00000009
.
The method of auto-compensation of body drifts of a gyroscopic device (PG) installed together with a triad of accelerometers on a rotary frame equipped with an engine and an angle sensor, so that the axis of rotation of the frame is parallel to the vector of the kinetic moment of the PG, which consists in using a frame associated with the engine , the PG case is deployed at discrete moments of time around an axis parallel to the vector of the kinetic moment of the PG, with discrete fixation of positions, characterized in that they use reverse compensation an ide, in which the software-hardware method continuously monitors the level of suppression of hull drifts, which is estimated using the current value of the calculated integral parameter N, determined by mathematical processing of the output signals of the gyroscope, the readings of the angle sensor and accelerometers, and the forced rotation of the frame around the axis parallel to the kinetic axis moment for the current estimated correction angle of rotation of the frame β
Figure 00000001
i + 1 , with the possibility of compensating for hull gyro drifts, is carried out when the calculated integral parameter N exceeds or exceeds the current threshold value N max , defined as the ratio of the standard deviation (SD) of the maximum permissible direction storage error σ Amax caused by hull drifts to the standard deviation the uncertainties of these drifts σ τ , and the value of the integral parameter N at each moment of time is determined by mathematical processing according to the formula:
Ν = K τ x 2 + K τ y 2
Figure 00000002
,
Where K τ x
Figure 00000003
and K τ y
Figure 00000004
- weighting coefficients depending on the angular parameters of the object’s movement, determined by mathematical processing of the output signals of the gyroscope, readings of the angle sensor (DU) and / or accelerometers according to the formulas
{ K τ x ( t ) = 0 t sin ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t K τ y ( t ) = 0 t cos ( Ψ ( t ) + β ( t ) ) sin θ ( t ) d t
Figure 00000068
,
Where θ
Figure 00000006
and Ψ
Figure 00000007
- orientation angles between the body of the object and the horizontal coordinate system, β
Figure 00000001
- the angle between the PG and the body of the object,
and the current frame rotation angle β i + one
Figure 00000008
determined at a point in time when N≥ N max
Figure 00000009
by mathematical processing of the output signals of the gyroscope, the readings of the remote control and / or accelerometers according to the formulas from the following system of equations:
{ sin β i + one = sin β i K one + cos β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) 2 cos β i + one = cos β i K one - sin β i K 2 N ( t i ) ( K τ x ( t i ) - K τ x ( t k ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) - K τ y ( t k ) ) 2
Figure 00000010
, (*)
where the parameters K1 and K2:
{ K one = K τ y ( t i ) K τ y ( t k ) + K τ x ( t i ) K τ x ( t k ) - ( N ( t i ) ) 2 K 2 = K τ y ( t i ) K τ x ( t k ) - K τ x ( t i ) K τ y ( t k )
Figure 00000011
, but ( N ( t i ) ) = ( K τ x ( t i ) ) 2 + ( K τ y ( t i ) ) 2
Figure 00000012
-
wherein t i
Figure 00000013
- time point for calculating the current correction angle β i + one
Figure 00000008
when the condition N ≥ N max becomes true, β i
Figure 00000014
- the current value of the angle between the PG and the body of the object,
t i - one
Figure 00000015
- time frame setting β i
Figure 00000016
.
t k
Figure 00000017
- the time moment of observation of the movement of the object, satisfying the following condition: t i - one < t k < t i
Figure 00000018
,
and N max = σ Amax / σ τ .

2. The method according to p. 1, characterized in that the duration of the time interval between forced turns of the frame GU around the axis parallel to the vector of kinetic moment at the current correction angle of rotation of the frame β
Figure 00000001
i + 1, depending on the angular parameters of the object’s movement, is determined based on the current value of the weight coefficients K τ x
Figure 00000019
and K τ y
Figure 00000020
and the calculated integral parameter N, as well as the ratio of N with a predefined threshold value N max
Figure 00000009
.
3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве ГУ используют один двухосный ДУС, установленный так, чтобы ось его кинетического момента была параллельна оси вращения рамки.3. The method according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that as the GU use one biaxial TLS installed so that the axis of its kinetic moment is parallel to the axis of rotation of the frame. 4. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве ГУ используют два одноосных ДУС, оси чувствительности каждого из которых ортогональны оси вращения рамки и друг другу. 4. The method according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that as the GU use two uniaxial TLS, the sensitivity axis of each of which are orthogonal to the axis of rotation of the frame and to each other.
RU2015132006/28A 2015-07-31 2015-07-31 Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration RU2603767C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015132006/28A RU2603767C1 (en) 2015-07-31 2015-07-31 Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015132006/28A RU2603767C1 (en) 2015-07-31 2015-07-31 Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2603767C1 true RU2603767C1 (en) 2016-11-27

Family

ID=57774702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015132006/28A RU2603767C1 (en) 2015-07-31 2015-07-31 Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2603767C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110596426A (en) * 2019-09-25 2019-12-20 上海航天控制技术研究所 Accelerometer combined data drift autonomous identification method
CN111435258A (en) * 2019-10-23 2020-07-21 珠海全志科技股份有限公司 Unmanned aerial vehicle drift compensation method and device and unmanned aerial vehicle
CN114485641A (en) * 2022-01-24 2022-05-13 武汉梦芯科技有限公司 Attitude calculation method and device based on inertial navigation and satellite navigation azimuth fusion
CN114526637A (en) * 2022-02-08 2022-05-24 中天长光(青岛)装备科技有限公司 High-cost-performance gyroscope module and data fusion method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156959C1 (en) * 1999-06-01 2000-09-27 Лебеденко Олег Станиславович Process of calibration of gyroscopic measuring devices of angular velocity
RU2267748C1 (en) * 2004-07-08 2006-01-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО РПКБ) Method of gyrocompassing provided by application of gyroscopic angular speed transmitter at inexact exposing gyro to object
RU2498216C1 (en) * 2012-05-25 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Gyrocompass system of orientation of artificial earth satellite
RU2550298C1 (en) * 2013-12-20 2015-05-10 Игорь Петрович Шепеть Compensation for errors of inertial measuring elements and device to this end

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156959C1 (en) * 1999-06-01 2000-09-27 Лебеденко Олег Станиславович Process of calibration of gyroscopic measuring devices of angular velocity
RU2267748C1 (en) * 2004-07-08 2006-01-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО РПКБ) Method of gyrocompassing provided by application of gyroscopic angular speed transmitter at inexact exposing gyro to object
RU2498216C1 (en) * 2012-05-25 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Gyrocompass system of orientation of artificial earth satellite
RU2550298C1 (en) * 2013-12-20 2015-05-10 Игорь Петрович Шепеть Compensation for errors of inertial measuring elements and device to this end

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110596426A (en) * 2019-09-25 2019-12-20 上海航天控制技术研究所 Accelerometer combined data drift autonomous identification method
CN111435258A (en) * 2019-10-23 2020-07-21 珠海全志科技股份有限公司 Unmanned aerial vehicle drift compensation method and device and unmanned aerial vehicle
CN111435258B (en) * 2019-10-23 2023-08-11 珠海全志科技股份有限公司 Unmanned aerial vehicle drift compensation method and device and unmanned aerial vehicle
CN114485641A (en) * 2022-01-24 2022-05-13 武汉梦芯科技有限公司 Attitude calculation method and device based on inertial navigation and satellite navigation azimuth fusion
CN114485641B (en) * 2022-01-24 2024-03-26 武汉梦芯科技有限公司 Attitude calculation method and device based on inertial navigation device navigation azimuth fusion
CN114526637A (en) * 2022-02-08 2022-05-24 中天长光(青岛)装备科技有限公司 High-cost-performance gyroscope module and data fusion method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210190815A1 (en) Multi sensor position and orientation measurement system
RU2603767C1 (en) Method for self-compensation of gyroscopic device drifts independent of acceleration
RU2558724C2 (en) Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position
CN104197927B (en) Submerged structure detects robot real-time navigation system and method
CN104374388B (en) Flight attitude determining method based on polarized light sensor
CN101706287B (en) Rotating strapdown system on-site proving method based on digital high-passing filtering
CN109884680B (en) Beidou-SINS (strapdown inertial navigation system) tightly combined navigation system and method based on multi-core DSP (digital signal processor)
CN102116634A (en) Autonomous dimensionality reduction navigation method for deep sky object (DSO) landing detector
Troni et al. Experimental evaluation of a MEMS inertial measurements unit for Doppler navigation of underwater vehicles
US20150276975A1 (en) Absolute vector gravimeter and methods of measuring an absolute gravity vector
Zaitsev et al. Study of systems error compensation methods based on molecular-electronic transducers of motion parameters
RU2436046C1 (en) Gyrohorizoncompass with inertia measurement unit rotation
RU2272995C1 (en) Method for elaboration of navigational parameters and local vertical (modifications)
TWI680277B (en) Method and system for determining a direction of movement of an object
RU2561229C1 (en) Buoy for determination of characteristics of sea wind waves
Li et al. Transversal strapdown INS and damping technology for marine in polar region
CN105606093A (en) Inertial navigation method and device based on real-time gravity compensation
RU2550592C1 (en) Stabiliser gyrocompass
CN102109358B (en) Position correction method of laser gyro inertial navigation system for boat
RU2572403C1 (en) Method of inertial navigation and device for its realisation
RU2523670C1 (en) Integrated inertial-satellite system of orientation and navigation for marine facilities
RU2386107C1 (en) Independent method of determining initial orientation of instrument coordinate system of gimballess inertial unit of controlled object relative base coordinate system
Wu et al. A novel approach for attitude estimation using MEMS inertial sensors
RU2507392C1 (en) Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer
Zhu et al. A hybrid step model and new azimuth estimation method for pedestrian dead reckoning

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170515