RU2629539C1 - Method of measurement of magnetic course of mobile object - Google Patents
Method of measurement of magnetic course of mobile object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629539C1 RU2629539C1 RU2016126041A RU2016126041A RU2629539C1 RU 2629539 C1 RU2629539 C1 RU 2629539C1 RU 2016126041 A RU2016126041 A RU 2016126041A RU 2016126041 A RU2016126041 A RU 2016126041A RU 2629539 C1 RU2629539 C1 RU 2629539C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mode
- magnetic
- acceleration
- axes
- cosines
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/04—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
- G01C21/08—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means involving use of the magnetic field of the earth
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Способ измерения магнитного курса подвижного объекта относится к способам автономной навигации объектов с использованием нескольких датчиков без применения внешних источников информации, в частности глобальных навигационных систем.The method of measuring the magnetic course of a moving object relates to methods for autonomous navigation of objects using several sensors without the use of external sources of information, in particular global navigation systems.
Известен способ измерения магнитного курса подвижного объекта [1], заключающийся в использовании трех магнитометров и трех акселерометров, жестко закрепленных на подвижном объекте, оси которых параллельны связанным осям подвижного объекта. Способ предполагает наличие априорной информации о вертикальной или горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли (МПЗ).A known method of measuring the magnetic course of a moving object [1], which consists in using three magnetometers and three accelerometers, rigidly mounted on a moving object, the axes of which are parallel to the connected axes of the moving object. The method involves the presence of a priori information about the vertical or horizontal component of the Earth's magnetic field vector (MPZ).
Недостатком способа [1] является низкая точность. Главной причиной этого является то, что, несмотря на принципиальную возможность априорной оценки той или иной составляющей МПЗ по широте, долготе и высоте объекта, на практике эта оценка может быть выполнена достаточно грубо. Это обусловлено погрешностями существующих пространственных моделей МПЗ, естественными вариациями поля во времени, а также аномалиями и возмущениями различного происхождения. Кроме того, имеет место неопределенность в определении знака квадратного корня при использовании величины v в выражении (2) [1]. К низкой точности также приводит отсутствие измерений составляющих угловой скорости, что особенно важно при высокой динамике движения объекта вокруг центра масс (динамичных углах тангажа и крена).The disadvantage of this method [1] is the low accuracy. The main reason for this is that, despite the fundamental possibility of an a priori estimation of one or another component of the MPZ by the latitude, longitude, and height of the object, in practice this assessment can be performed rather roughly. This is due to errors in the existing spatial models of the MPZ, natural field variations in time, as well as anomalies and perturbations of various origins. In addition, there is uncertainty in determining the sign of the square root when using the value of v in expression (2) [1]. The lack of measurements of the components of the angular velocity also leads to low accuracy, which is especially important with high dynamics of the object's movement around the center of mass (dynamic pitch and roll angles).
Наиболее близким к заявляемому способу является способ [2] измерения магнитного курса подвижного объекта по показаниям трех магнитометров, трех акселерометров и не менее двух датчиков угловой скорости, жестко закрепленных на подвижном объекте, оси которых параллельны связанным осям подвижного объекта.Closest to the claimed method is a method [2] measuring the magnetic course of a moving object according to the testimony of three magnetometers, three accelerometers and at least two angular velocity sensors, rigidly mounted on the moving object, whose axes are parallel to the connected axes of the moving object.
Недостатком способа [2] является его низкая точность. Главными причинами являются, во-первых, предположение, как и в способе [1], об априори известной вертикальной составляющей МПЗ и, во-вторых, (что более существенно), необходимость априорного знания значения вертикальной составляющей линейного ускорения подвижного объекта. Последнее на практике в принципе невозможно, поскольку эта составляющая может быть определена по данным акселерометров только при известных направляющих косинусах связанных осей объекта относительно местной вертикали, но именно в нахождении этих косинусов и состоит суть решаемой задачи.The disadvantage of this method [2] is its low accuracy. The main reasons are, firstly, the assumption, as in the method [1], of the a priori known vertical component of the MPZ and, secondly, (more significantly), the need for a priori knowledge of the vertical component of the linear acceleration of a moving object. The latter, in practice, is impossible in principle, since this component can be determined from the accelerometers only with known directing cosines of the connected axes of the object relative to the local vertical, but it is the finding of these cosines that is the essence of the problem being solved.
Принципиальным отличием заявляемого способа от прототипа является отсутствие необходимости априорного знания указанных вертикальных составляющих.The fundamental difference between the proposed method from the prototype is the absence of the need for a priori knowledge of these vertical components.
Техническим результатом использования заявляемого способа является повышение точности измерения магнитного курса подвижного объектаThe technical result of using the proposed method is to increase the accuracy of measuring the magnetic course of a moving object
Для получения указанного технического результата в способе измерения магнитного курса подвижного объекта по показаниям трех магнитометров, трех акселерометров и двух датчиков угловой скорости, жестко закрепленных на подвижном объекте, оси которых параллельны связанным осям подвижного объекта, считают известным ускорение силы тяжести, по данным акселерометров определяют режим движения объекта: равномерный или с ускорением, в обоих режимах определяют направляющие косинусы связанных осей объекта относительно местной вертикали, по значениям которых вычисляют углы его тангажа и крена, а используя значения этих углов и данные магнитометров, определяют магнитный курс, при этом в режиме равномерного движения указанные направляющие косинусы определяют непосредственно по данным акселерометров, в режиме с ускорением - по данным трех датчиков угловой скорости путем пошаговой коррекции матрицы направляющих косинусов связанных осей объекта относительно направлений на магнитные север и восток и местной вертикали на интервалах, в течение каждого из которых проекции вектора угловой скорости объекта могут считаться постоянными, при переходе объекта в режим движения с ускорением в качестве начального условия коррекции используют значение матрицы направляющих косинусов, вычисленное по углам магнитного курса, тангажа и крена на момент окончания режима равномерного движения.To obtain the specified technical result in the method of measuring the magnetic course of a moving object according to the testimony of three magnetometers, three accelerometers and two angular velocity sensors rigidly mounted on the moving object, the axes of which are parallel to the connected axes of the moving object, the acceleration of gravity is considered known, according to the accelerometers, the mode is determined object movements: uniform or accelerated, in both modes, the guide cosines of the object’s associated axes relative to the local vertical are determined, by the values of which the pitch and roll angles are calculated, and using the values of these angles and the magnetometer data, the magnetic course is determined, while in the uniform motion mode, these guide cosines are determined directly from the accelerometers, in the accelerated mode - from the data of three angular velocity sensors by step-by-step correction matrix guiding cosines of the associated axes of the object relative to the directions to the magnetic north and east and the local vertical at intervals, during each of which the projection of the vector the global speed of the object can be considered constant, when the object enters the motion mode with acceleration, the value of the matrix of guiding cosines calculated from the angles of the magnetic course, pitch and roll at the time of the end of the uniform motion mode is used as the initial correction condition.
Существенные отличия заявляемого способа по сравнению с прототипом.Significant differences of the proposed method in comparison with the prototype.
1. Считают известным ускорение силы тяжести. Это предположение имеет достаточно серьезные основания [3], поскольку ускорение силы тяжести известно с высокой точностью.1. Considered the acceleration of gravity. This assumption has quite serious reasons [3], since the acceleration of gravity is known with high accuracy.
В прототипе ускорение силы тяжести не учитывается и не используется. Вместо этого используются другие, указанные выше, исходные данные, получить которые с требуемой точностью не представляется возможным.In the prototype, the acceleration of gravity is not taken into account and is not used. Instead, the other initial data indicated above are used, which it is not possible to obtain with the required accuracy.
2. По данным акселерометров определяют режим движения объекта: равномерный или с ускорением. Определение режима движения объекта позволяет при нахождении направляющих косинусов использовать специфические точные алгоритмы измерения магнитного курса для каждого из режимов. При равномерном движении вычисление магнитного курса подвижного объекта осуществляется аналитически с использованием достаточно простых соотношений, а при движении с ускорением - численными методами, которые гарантируют получение результата с наперед заданной точностью. Причем результаты измерений, полученные в предыдущем режиме (интервале), используются в качестве начальных условий для последующего.2. According to the accelerometers, the mode of movement of the object is determined: uniform or accelerated. The determination of the object’s movement mode allows using specific exact algorithms for measuring the magnetic course for each of the modes when finding the guiding cosines. With uniform motion, the calculation of the magnetic course of a moving object is carried out analytically using fairly simple relationships, and with accelerated motion, using numerical methods that guarantee a result with a predetermined accuracy. Moreover, the measurement results obtained in the previous mode (interval) are used as initial conditions for the subsequent one.
В прототипе режим движения объекта не анализируется, но делается попытка сразу решить нелинейную систему уравнений для движения объекта с ускорением, что приводит к большим вычислительным затратам и неоднозначному решению.In the prototype, the mode of movement of the object is not analyzed, but an attempt is made to immediately solve the nonlinear system of equations for the movement of the object with acceleration, which leads to large computational costs and an ambiguous solution.
3. В обоих режимах движения объекта определяют направляющие косинусы связанных осей объекта относительно местной вертикали, по значениям которых вычисляют углы тангажа и крена.3. In both modes of movement of the object, the direction cosines of the connected axes of the object are determined relative to the local vertical, the values of which calculate the pitch and roll angles.
В прототипе углы тангажа и крена (и магнитного курса) вычисляют, решая нелинейную систему уравнений с непредсказуемыми результатами.In the prototype, pitch and roll angles (and magnetic course) are calculated by solving a non-linear system of equations with unpredictable results.
4. Используя значения углов тангажа и крена, а также данные магнитометров, определяют магнитный курс, при этом в режиме равномерного движения указанные направляющие косинусы определяют аналитически непосредственно по данным акселерометров.4. Using the values of the pitch and roll angles, as well as the magnetometer data, determine the magnetic course, while in the uniform motion mode, these guide cosines are determined analytically directly from the accelerometers.
В прототипе применяют общий алгоритм оценки углов для движения с ускорением с плохими результатами.The prototype uses a general algorithm for estimating angles for accelerated motion with poor results.
5. В режиме с ускорением указанные направляющие косинусы определяют по данным трех датчиков угловой скорости путем пошаговой коррекции матрицы направляющих косинусов связанных осей объекта относительно направлений на магнитные север и восток и местной вертикали на интервалах.5. In the accelerated mode, these guide cosines are determined according to the data of three angular velocity sensors by stepwise correction of the matrix of guide cosines of the connected axes of the object relative to the directions to the magnetic north and east and the local vertical at intervals.
В прототипе вся матрица направляющих косинусов не рассматривается.In the prototype, the entire matrix of guide cosines is not considered.
6. Выбор интервалов коррекции матрицы направляющих косинусов, исходя из условия, что в течение каждого из них проекции вектора угловой скорости объекта могут считаться постоянными. Такой подход позволяет корректировать матрицу направляющих косинусов с заранее заданной точностью.6. The choice of correction intervals for the matrix of guide cosines, based on the condition that during each of them the projections of the angular velocity vector of the object can be considered constant. This approach allows you to adjust the matrix of guide cosines with a predetermined accuracy.
В прототипе дискретный режим работы и коррекция матрицы не рассматриваются.In the prototype, the discrete mode of operation and matrix correction are not considered.
7. При переходе объекта в режим движения с ускорением в качестве начального условия коррекции используют значение матрицы направляющих косинусов, вычисленное по углам магнитного курса, тангажа и крена на момент окончания режима равномерного движения.7. When the object enters the motion mode with acceleration, the value of the matrix of guiding cosines calculated from the angles of the magnetic course, pitch and roll at the time of the end of the uniform motion mode is used as the initial correction condition.
В прототипе режимы движения объекта не рассматриваются.In the prototype, the modes of movement of the object are not considered.
Предлагаемый способ можно пояснить следующим образом.The proposed method can be explained as follows.
Используются две системы координат.Two coordinate systems are used.
а) Магнитная географическая система координат (СК) ONMEMh с началом в центре масс подвижного объекта. Оси ONM, OEM лежат в плоскости местного горизонта, ось ONM направлена на магнитный север (полюс), ось OEM - на магнитный восток. Ось Oh совпадает с местной вертикалью и направлена вверх.a) Magnetic geographical coordinate system (SC) ON M E M h with the origin in the center of mass of the moving object. The axes ON M , OE M lie in the plane of the local horizon, the axis ON M is directed to magnetic north (pole), the axis OE M is directed to magnetic east. Axis Oh coincides with the local vertical and is directed up.
Данная система координат непосредственно связана с векторами индукции магнитного поля и ускорения силы тяжести Земли. А именно, северная ось ONM совпадает по направлению с горизонтальной составляющей НГ магнитного поля, ось Oh - с его вертикальной составляющей НВ. Проекция поля на восточную ось OEM равна нулю. Аналогично, вертикальная составляющая вектора ускорения силы тяжести равна его модулю g, две другие проекции равны нулю.This coordinate system is directly related to the induction vectors of the magnetic field and the acceleration of gravity of the Earth. Namely, North axis ON M coincides with the direction of the horizontal component of the magnetic field H T, Oh axis - with its vertical component NV. The projection of the field onto the east axis OE M is zero. Similarly, the vertical component of the acceleration vector of gravity is equal to its modulus g, the other two projections are equal to zero.
б) Связанная СК OXYZ с тем же началом. Оси OX, OY совпадают с продольной и поперечной строительными осями объекта. Ось OZ перпендикулярна этим осям (вертикальная ось). При нулевых углах тангажа v и крена γ объекта оси OX, OY лежат в плоскости местного горизонта, ось OZ перпендикулярна этой плоскости и направлена вверх. Ось ОХ совпадает с направлением движения объекта. Ориентация оси ОХ относительно оси ONM определяет магнитный курс подвижного объекта Ψ. Оси чувствительности соосных магнитометров, акселерометров и датчиков угловой скорости совпадают с осями СК OXYZ.b) Associated SC OXYZ with the same beginning. The axes OX, OY coincide with the longitudinal and transverse structural axes of the object. The OZ axis is perpendicular to these axes (vertical axis). At zero pitch angles v and roll γ of the object, the OX, OY axes lie in the plane of the local horizon, the OZ axis is perpendicular to this plane and is directed upwards. The axis OX coincides with the direction of movement of the object. The orientation of the OX axis relative to the ON M axis determines the magnetic course of the moving object Ψ. The sensitivity axes of coaxial magnetometers, accelerometers, and angular velocity sensors coincide with the axes of the OXYZ SC.
Такой выбор систем координат характерен для пешеходных навигационных систем. Для подвижных объектов других типов возможно другое задание связанной СК. В принципиальном плане приводимые далее результаты это не меняет,This choice of coordinate systems is characteristic of pedestrian navigation systems. For moving objects of other types, another task of the associated SC is possible. In principle, the results presented below do not change
В общем случае при произвольных углах Ψ,v, γ взаимная ориентация систем координат определяется матрицей направляющих косинусов вида:In the general case, for arbitrary angles Ψ, v, γ, the mutual orientation of the coordinate systems is determined by the matrix of guiding cosines of the form:
Из (1) видно, что составляющие магнитного поля НГ, НВ связаны с измерениями проекций HX, HY, HZ поля на оси чувствительности магнитометров соотношениями:From (1) it can be seen that the components of the magnetic field H G , H B are connected with measurements of the projections H X , H Y , H Z fields on the sensitivity axis of the magnetometers by the relations:
Разрешая систему уравнений (2) при измеренных значениях HX, HY, HZ и известных углах тангажа v и крена γ относительно неизвестного магнитного курса Ψ, приходим к выражению:Solving the system of equations (2) for the measured values of H X , H Y , H Z and the known pitch angles v and roll γ relative to the unknown magnetic course Ψ, we arrive at the expression:
Для заданного состава измерительных датчиков (магнитометры, акселерометры, датчики угловой скорости) возможны два варианта высокоточного определения углов v, γ, соответствующих режимам равномерного движения объекта и движения с ускорением.For a given set of measuring sensors (magnetometers, accelerometers, angular velocity sensors), two variants of high-precision determination of angles v, γ, corresponding to the modes of uniform object movement and accelerated motion, are possible.
При равномерном движении объекта (заметим, что неподвижный объект является частным случаем равномерного движения с нулевой линейной скоростью) применяется вариант, основанный на использовании акселерометров. В этом случае проекции ах, ay, az вектора ускорения силы тяжести, фиксируемые осями чувствительности акселерометров, равны:When the object is moving uniformly (note that a stationary object is a special case of uniform motion with zero linear speed), an option based on the use of accelerometers is used. In this case, the projections a x , a y , a z of the acceleration vector of gravity, fixed by the sensitivity axes of the accelerometers, are equal to:
(здесь учтено, что вектор ускорения силы тяжести направлен вертикально вниз, т.е. со знаком «минус»). По показаниям акселерометров (4) рассчитываются направляющие косинусы(it is taken into account that the gravity acceleration vector is directed vertically downward, that is, with a minus sign). According to the accelerometers (4), the guide cosines are calculated
по значениям которых вычисляются углы тангажа и крена:the values of which are calculated pitch and roll angles:
Подставив (6) в (3), получают искомый угол магнитного курса Ψ.Substituting (6) into (3), we obtain the desired angle магнитного of the magnetic course.
В режиме равномерного движения при любой угловой ориентации объекта (любых углах v, γ) показания акселерометров ах, ay, az определяются только величиной ускорения силы тяжести g, т.е. справедливо равенство:In the uniform motion mode for any angular orientation of the object (any angles v, γ), the readings of the accelerometers a x , a y , a z are determined only by the acceleration of gravity g, i.e. fair equality:
которое на практике выполняется с некоторым допуском ±Δ, зависящим от точности используемых акселерометров. При движении с ускорением показания ах, ay, az содержат дополнительные составляющие, вызванные собственным неизвестным линейным ускорением объекта. В результате равенство (7) нарушается, а соотношения (4), (5) становятся несправедливыми. В этом случае переходят ко второму варианту определения направляющих косинусов с13, с23, с33, по значениям которых в соответствии с выражениями (6) продолжают вычисление углов тангажа и крена.which in practice is carried out with a certain tolerance of ± Δ, depending on the accuracy of the accelerometers used. When driving with acceleration, the readings a x , a y , a z contain additional components caused by the own unknown linear acceleration of the object. As a result, equality (7) is violated, and relations (4), (5) become unfair. In this case, the second variant of determining the guide cosines is transferred from 13 , 23 , 33 , the values of which, in accordance with expressions (6), continue to calculate the pitch and roll angles.
Подчеркнем, что проверка выполнения (невыполнения) равенства (7) служит правилом определения режима движения объекта.We emphasize that verification of the fulfillment (non-fulfillment) of equality (7) serves as a rule for determining the mode of movement of an object.
Для режима движения с ускорением воспользуемся методом пошагового расчета (коррекции) матрицы направляющих косинусов С (соотношение (1)) по данным датчиков угловых скоростей ωх, ωy, ωz [4]. В соответствии с этим методом коррекция элементов матрицы с11, с12, …, с33 на интервалах времени (шагах) Т=tk-tk-1, в течение которых проекции ωx,, ωy, ωz могут считаться постоянными, проводится по рекуррентному алгоритму:For the regime of motion with acceleration, we use the method of stepwise calculation (correction) of the matrix of guide cosines C (relation (1)) according to the data of the angular velocity sensors ω x , ω y , ω z [4]. In accordance with this method, the correction of the matrix elements with 11 , 12 , ..., 33 with the time intervals (steps) T = t k -t k-1 , during which the projections ω x ,, ω y , ω z can be considered constant is carried out according to the recurrence algorithm:
Здесь δx=ωxT, δy=ωyT, δz=ωzT - парциальные (пошаговые) приращения углов, k - номер очередного интервала (шага). Алгоритм (8) является скалярной формой записи общего метода [4] для малых по сравнению с постоянными времени процессов ωх, ωy и ωz интервалов Т.Here, δ x = ω x T, δ y = ω y T, δ z = ω z T are the partial (incremental) increments of the angles, and k is the number of the next interval (step). Algorithm (8) is a scalar form of writing the general method [4] for small in comparison with time constants of the processes ω x , ω y and ω z intervals T.
Соотношения (8) легко реализуются на современных вычислительных средствах. Последовательно выполняя алгоритм (8), получают пошаговые значения направляющих косинусов с13, с23, c33, необходимые для вычислений по формулам (6), (3). При этом начальное значение матрицы С=С(0) соответствует моменту окончания режима равномерного движения (равенство (7) нарушается) и рассчитывается по формуле (1) по значениям углов магнитного курса, тангажа и крена на указанный момент времени. При возвращении к режиму равномерного движения (равенство (7) восстанавливается) также возвращается прежний порядок вычислений по формулам (5), (6), (3), и так далее.Relations (8) are easily implemented on modern computing tools. By sequentially executing algorithm (8), we obtain step-by-step values of the direction cosines from 13 , 23 , c 33 , necessary for calculations by formulas (6), (3). In this case, the initial value of the matrix C = C (0) corresponds to the moment of the end of the uniform motion mode (equality (7) is violated) and is calculated by formula (1) from the values of the angles of the magnetic course, pitch and roll at the specified time. When returning to the uniform motion mode (equality (7) is restored), the previous order of calculations by formulas (5), (6), (3) also returns.
Заявляемый способ иллюстрируют следующие графические материалы:The inventive method is illustrated by the following graphic materials:
Фиг. 1 - алгоритм работы заявляемого способа.FIG. 1 - the algorithm of the proposed method.
Применение заявляемого способа заключается в реализации алгоритма, изображенного на Фиг. 1.The application of the proposed method consists in the implementation of the algorithm depicted in FIG. one.
Перед проведением измерений трехосные магнитометр, акселерометр и датчики угловой скорости должны пройти калибровку, аналогичную [5] и [6], которая должна позволить:Before taking measurements, a triaxial magnetometer, accelerometer, and angular velocity sensors must undergo a calibration similar to [5] and [6], which should allow:
1. Устранить различия в чувствительностях по осям X, Y и Z соответствующего прибора путем определения соответствующих поправочных коэффициентов.1. Eliminate differences in sensitivities along the X, Y, and Z axes of the corresponding instrument by determining the appropriate correction factors.
2. Устранить методическую ошибку измерений путем определения соответствующих поправочных констант.2. Eliminate the methodological measurement error by determining the appropriate correction constants.
Эти действия не указаны в формуле изобретения, как, впрочем, и в аналогах, хотя без такой калибровки ни один из указанных способов работать не может.These actions are not indicated in the claims, as well as in analogues, although without such a calibration none of these methods can work.
Рассмотрим реализацию заявляемого способа по алгоритму (см. Фиг. 1).Consider the implementation of the proposed method according to the algorithm (see Fig. 1).
Акселерометрами измеряют проекции ах, ay, az вектора ускорения силы тяжести, магнитометрами измеряют проекции Нх, Hy, Hz вектора магнитного поля, а датчиками угловой скорости - проекции ωх, ωy, ωz вектора угловой скорости объекта. Проверяют соотношение (7), в результате чего определяют характер движения объекта: равномерный или с ускорением.The projections a x , a y , a z of the gravity acceleration vector are measured with accelerometers, the projections H x , H y , H z of the magnetic field vector are measured with magnetometers, and the projections ω x , ω y , ω z of the angular velocity vector of the object are measured with angular velocity sensors. Relation (7) is checked, as a result of which the nature of the object's motion is determined: uniform or with acceleration.
При равномерном характере движения вычисляют направляющие косинусы с13, c23, c33, используя соотношения (5).With a uniform character of movement, the direction cosines 13 , c 23 , c 33 are calculated using relations (5).
Если анализ соотношения (7) показывает, что объект движется с ускорением, то, используя данные о возможной динамике объекта и(или) данные ДУС, выбирают интервал Т, в течение которого угловая скорость объекта может считаться постоянной.If the analysis of relation (7) shows that the object is moving with acceleration, then, using the data on the possible dynamics of the object and (or) the TLS data, choose the interval T during which the angular velocity of the object can be considered constant.
При переходе режима движения объекта от равномерного к движению с ускорением по полученным ранее углам тангажа v, крена γ и магнитного курса Ψ вычисляют начальное значение матрицы направляющих косинусов С(0), используя соотношение (1), и далее пошагово с интервалом Т корректируют матрицу направляющих косинусов (1), используя значения матрицы направляющих косинусов, полученные на предыдущем интервале, и данные ДУС, по соотношениям (8).When the object moves from the uniform to the motion with acceleration from the previously obtained pitch angles v, roll γ and magnetic head Ψ, the initial value of the matrix of guide cosines C (0) is calculated using relation (1), and then the guide matrix is adjusted step by step with an interval T cosines (1), using the values of the matrix of guide cosines obtained in the previous interval, and the TLS data, according to relations (8).
При любом характере движения объекта по полученным направляющим косинусам c13, c23, c33, аналитически, используя соотношения (6), вычисляют углы тангажа v и крена γ. По этим углам, используя соотношение (3), вычисляют искомый магнитный курс объекта Ψ.For any nature of the object’s movement along the obtained direction cosines c 13 , c 23 , c 33 , analytically using relations (6), pitch angles v and roll γ are calculated. At these angles, using relation (3), the desired magnetic course of the object Ψ is calculated.
Рассмотрим возможность технической реализации заявляемого способа измерения магнитного курса подвижного объекта.Consider the possibility of technical implementation of the proposed method for measuring the magnetic course of a moving object.
Современные навигационные системы реализуются по единой схеме: совокупность измерителей, в данном случае трехосных акселерометров, магнитометров и датчиков угловой скорости, подключаются к компьютеру, который обычно (из-за необходимости вычисления прямых и обратных тригонометрических функций) реализуется в виде цифрового процессора обработки сигналов. Результаты обработки входной информации - тангажа v, крена γ и магнитного курса Ψ поступают потребителю. Естественно, что все такие системы работают в дискретном времени, что согласуется с пошаговым способом коррекции матрицы направляющих косинусов в режиме движения объекта с ускорением.Modern navigation systems are implemented according to a single scheme: a set of meters, in this case triaxial accelerometers, magnetometers and angular velocity sensors, are connected to a computer, which is usually (due to the need to calculate direct and inverse trigonometric functions) implemented as a digital signal processing processor. The results of processing the input information - pitch v, roll γ and magnetic heading Ψ are delivered to the consumer. Naturally, all such systems operate in discrete time, which is consistent with the step-by-step method of correcting the matrix of guide cosines in the object's motion with acceleration.
Таким образом, заявляемый способ измерения магнитного курса подвижного объекта может быть реализован и обеспечивает повышение его точности.Thus, the inventive method of measuring the magnetic course of a moving object can be implemented and provides an increase in its accuracy.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 2130588. «Способ измерения магнитного курса подвижного объекта». – Опубл. 20.05.1999.1. Patent RU 2130588. "A method of measuring the magnetic course of a moving object." - Publ. 05/20/1999.
2. Патент RU 2262075. «Способ измерения магнитного курса подвижного объекта и устройство для его осуществления». – Опубл. 10.10.2005. Бюл. №28.2. Patent RU 2262075. "A method of measuring the magnetic course of a moving object and a device for its implementation." - Publ. 10/10/2005. Bull. No. 28.
3. Статья «Ускорение свободного падения». / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Ускорение_свободного_падения.3. The article "Acceleration of free fall." / [Electronic resource]. - Access mode: http://ru.wikipedia.org/wiki/Free_ Acceleration_Fail.
4. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. - М: Машиностроение, 1982, 216 с.4. Kuzovkov N.T., Salychev O.S. Inertial navigation and optimal filtering. - M: Mechanical Engineering, 1982, 216 p.
5. Патент RU 2572109. «Способ калибровки электронного магнитного компаса». – Опубл. 27.12.2015. Бюл. №36.5. Patent RU 2572109. "Method for calibrating an electronic magnetic compass." - Publ. 12/27/2015. Bull. Number 36.
6. Патент RU 2577806. «Способ калибровки акселерометрического трехосевого инклинометра». – Опубл. 20.03.2016. Бюл. №8.6. Patent RU 2577806. "Method for calibrating an accelerometer triaxial inclinometer." - Publ. 03/20/2016. Bull. No. 8.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126041A RU2629539C1 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Method of measurement of magnetic course of mobile object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126041A RU2629539C1 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Method of measurement of magnetic course of mobile object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629539C1 true RU2629539C1 (en) | 2017-08-29 |
Family
ID=59798000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016126041A RU2629539C1 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Method of measurement of magnetic course of mobile object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629539C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2671937C1 (en) * | 2017-10-13 | 2018-11-07 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Moving object true course determining method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130588C1 (en) * | 1998-04-23 | 1999-05-20 | Открытое акционерное общество "Чебоксарский приборостроительный завод "ЭЛАРА" | Method of measuring magnetic heading of mobile object |
| RU2262075C1 (en) * | 2004-01-20 | 2005-10-10 | Открытое акционерное общество "Опытно-конструкторское бюро "Сокол" | Method and device for measuring magnetic heading |
| RU2572109C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method to calibrate electronic magnetic compass |
-
2016
- 2016-06-28 RU RU2016126041A patent/RU2629539C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130588C1 (en) * | 1998-04-23 | 1999-05-20 | Открытое акционерное общество "Чебоксарский приборостроительный завод "ЭЛАРА" | Method of measuring magnetic heading of mobile object |
| RU2262075C1 (en) * | 2004-01-20 | 2005-10-10 | Открытое акционерное общество "Опытно-конструкторское бюро "Сокол" | Method and device for measuring magnetic heading |
| RU2572109C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method to calibrate electronic magnetic compass |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. - М.: Машиностроение, 1982, 216 с.. * |
| Плотников П.К. и др. Построение алгоритмов функционирования безгироскопной системы ориентации летательного аппарата. - Гироскопы и навигация, 1993, N 2, с.12 - 16. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2671937C1 (en) * | 2017-10-13 | 2018-11-07 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Moving object true course determining method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2701194C2 (en) | Method of estimating navigation state in conditions of limited possibility of observation | |
| Unsal et al. | Estimation of deterministic and stochastic IMU error parameters | |
| Sun et al. | MEMS-based rotary strapdown inertial navigation system | |
| Li et al. | An improved optimal method for initial alignment | |
| US9939273B2 (en) | Attitude estimating device, attitude estimating method, and storage medium | |
| CN101839719A (en) | Inertial measurement unit based on gyroscope and geomagnetic sensor | |
| CN106153069B (en) | Attitude rectification device and method in autonomous navigation system | |
| CN108534744A (en) | A kind of attitude angle acquisition methods, device and handle | |
| CN109764870A (en) | Carrier initial heading evaluation method based on transformation estimator modeling scheme | |
| CN103674064A (en) | Initial calibration method of strapdown inertial navigation system | |
| US11815363B2 (en) | Method for calibrating a gyrometer of an object | |
| Mahmoud et al. | Integrated INS/GPS navigation system | |
| Pan et al. | Real-time accurate odometer velocity estimation aided by accelerometers | |
| Zaitsev et al. | Study of Systems Error Compensation Methods Based on Molecular‐Electronic Transducers of Motion Parameters | |
| Emel’yantsev et al. | Calibration of a precision SINS IMU and construction of IMU-bound orthogonal frame | |
| CN105021193A (en) | Control algorithm for inertial navigation system without gyroscope | |
| RU2683144C1 (en) | Method of defining errors of orientation axles of laser gyroscopes and pendulum accelerometers in a strap down inertial navigation system | |
| CN104121930A (en) | Compensation method for MEMS (Micro-electromechanical Systems) gyroscopic drifting errors based on accelerometer coupling | |
| RU2629539C1 (en) | Method of measurement of magnetic course of mobile object | |
| Gu et al. | A Kalman filter algorithm based on exact modeling for FOG GPS/SINS integration | |
| RU2348010C1 (en) | Method to define initial alignment of strapdown inertial unit of controlled object | |
| RU2555496C1 (en) | Device to detect angles of spatial orientation of movable object | |
| JP2006038650A (en) | Posture measuring method, posture controller, azimuth meter and computer program | |
| Vyazmin et al. | Two-dimensional Kalman filter approach to airborne vector gravimetry | |
| Oszczak et al. | The algorithm for determining the coordinates of a point in three-dimensional space by using the auxiliary point |