RU2630526C1 - Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора - Google Patents
Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630526C1 RU2630526C1 RU2016123164A RU2016123164A RU2630526C1 RU 2630526 C1 RU2630526 C1 RU 2630526C1 RU 2016123164 A RU2016123164 A RU 2016123164A RU 2016123164 A RU2016123164 A RU 2016123164A RU 2630526 C1 RU2630526 C1 RU 2630526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- angle
- azimuth
- gyroblock
- gyro
- 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
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; 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
- G01C21/16—Navigation; 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
- G01C21/18—Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения азимутального положения платформы трехосного гиростабилизатора, например в высокоточных навигационных системах различного назначения. Технический результат - повышение точности и сокращение времени определения азимута. Предложенный способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора заключается в том, что используют один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляют путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока контура стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации, а азимут платформы определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока. При этом одновременно с определением разностного угла измеряют акселерометром угол отклонения платформы от горизонта, осуществляют дифференцирование измеренного угла, рассчитывают текущие значения тока компенсации, который после преобразования из цифровой формы в аналоговую подают на датчик моментов данного гироблока. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута, например в высокоточных системах различного назначения.
Известен способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора (ТГС) по углу прецессии гироблока [1].
Этот способ заключается в том, что гироблок системы горизонтирования и стабилизации одной из горизонтальных осей трехосного гиростабилизатора, которая примерно направлена на север или юг, отключается от штатной системы горизонтирования и стабилизации, горизонтирование же и стабилизацию платформы относительно этой оси осуществляют по выходному сигналу акселерометра, а азимут платформы определяют с использованием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока, который с момента отключения его от штатной системы горизонтирования начинает функционировать в режиме двухстепенного гирокомпаса и начинает поворачиваться под действием гироскопического момента, обусловленного горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли, в сторону совмещения своего вектора кинетического момента с вектором ωГ.
Как следует из сути данного способа, использование широкодиапазонного датчика угла предполагает, что в начальный момент функционирования системы угол между вектором кинетического момента измерительного гироблока и вектором горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли должен быть достаточно большим (в идеале близким к 90 град). Только в этом случае гироскопический момент, обусловленный горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли, будет достаточно большим и за время, необходимое для определения азимута, вектор кинетического момента гироблока повернется на достаточно большой угол, что повышает информативность измеряемого сигнала. С этой целью одну из осей, связанных с платформой ТГС, перед началом измерений грубо приводят по азимуту к меридиану, например методом гирокомпасирования [2, с. 592].
Алгоритм определения азимута платформы ТГС строится на основе динамической модели гироскопа. Учитывая, что угол между векторами ωГ и Н близок к 90 град, модель гироскопа имеет следующий вид:
где
β - угол прецессии гироскопа, то есть угол между осью платформы ТГС, примерно направленной на север (юг), и осью чувствительности измерительного гироблока, измеряемый широкодиапазонным кодовым датчиком угла последнего;
I - момент инерции гироскопа;
ƒ - коэффициент демпфирования;
Н - кинетический момент;
ωГ - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли;
α - угол поворота оси платформы относительно Земли;
ωГБ - угловая скорость собственного ухода измерительного гироблока;
А - начальный азимут платформы;
Мвр - возмущающие воздействия, обусловленные влиянием нескомпенсированной скорости дрейфа платформы относительно вертикальной оси из-за наличия ошибок горизонтирования платформы ТГС.
Данное дифференциальное уравнение нелинейно, не имеет аналитического решения, и определить с высокой точностью на его основе искомый азимут в условиях действия на двухстепенной гироскоп различных внешних и внутренних возмущений НωГБ, Мвр, имеющих случайную природу, весьма затруднительно.
Наиболее близким по технической сущности изобретением является способ азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока [3].
В данном способе одновременно со считыванием информации с широкодиапазонного кодового датчика угла измерительного гироблока рассчитываются номинальные значения данного угла в вычислительном устройстве в соответствии с уравнением номинального движения, а азимут платформы определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими измеряемыми значениями его широкодиапазонного кодового датчика угла.
Номинальные значения угла прецессии гироблока βН определяются в соответствии с нелинейным дифференциальным уравнением номинального движения [3]:
Данное уравнение описывает изменение угла ВНβН при действии гироскопического момента, обусловленного горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли ωГ, в предположении, что в начальный момент времени ось Хп платформы ТГС направлена точно на север, а направление оси чувствительности измерительного гироблока совпадает с направлением оси ХП, то есть при t=0: А=0 и β=0. При этом вредные возмущения Мвр отсутствуют.
Номинальные значения угла прецессии гироблока βН в соответствии с (2) могут быть рассчитаны одним из численных методов, например методом Рунге-Кутта [4, с. 417]. В этом случае уравнение (1) можно линеаризовать относительно уравнения (2) и использовать для определения начального азимута А оси ХП платформы ТГС хорошо известные методы оценок параметров линейных систем в условиях действия случайных возмущений, например оптимальный фильтр Калмана.
Однако с момента отключения выходного сигнала акселерометра от датчика моментов измерительного гироблока и подключения его к усилителю системы горизонтирования возникают низкочастотные колебания относительно соответствующей оси с угловой скоростью ωвозм.
На фиг. 1 представлена структурная схема широко применяемого для построения различных гироскопических систем трехосного гиростабилизатора с вертикальной осью подвеса наружной рамки [2, с. 301, 593] в режиме определения азимута, где обозначено:
1 - вычислительное устройство;
2 - корректирующий контур;
3, 19, 8 - датчики команд платформы ТГС относительно соответствующих осей X, Y, Z;
4, 7, 13 - датчики моментов соответствующих гироблоков 9, 5, 12;
5, 12, 9 - двухстепенные гироблоки системы стабилизации относительно соответствующих осей X, Y, Z;
6 - широко диапазонный кодовый датчик угла гироблока 5;
10, 14 - акселерометры системы горизонтирования платформы ТГС относительно соответствующих осей X, Z;
11, 16 - датчики углов соответственно гироблоков 9 и 12;
15, 23 - внутренняя и наружная ось ТГС соответственно;
21, 24, 17 - стабилизационные двигатели платформы ТГС относительно соответствующих осей X, Y, Z;
22, 18 - усилители системы стабилизации-горизонтирования относительно соответствующих осей X, Z;
20 - усилители системы стабилизации относительно оси Y;
OXпYпZп - система координат, связанная с платформой ТГС;
ON - направление на север;
ωг - вектор горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли;
А - азимут оси ХП платформы ТГС в момент начала измерений.
Данные низкочастотные колебания ωвозм., совпадающие с осью платформы ХП (фиг. 1), обусловлены различными причинами, основными из которых являются:
- переходный процесс в системе горизонтирования, обусловленный исключением гироблока Гх из системы горизонтирования;
- отработка системой горизонтирования возмущающих моментов относительно оси ХП платформы ТГС.
В свою очередь, угловая скорость ωвозм вызывает гироскопический момент относительно выходной оси измерительного гироскопа Гх:
Мгир.=Нωвозм.cosβ.
В результате уравнение (1) примет вид:
Данный возмущающий гироскопический момент не содержит информацию об азимуте оси платформы ТГС ХП и, в то же время, снижает точность определения азимута А, так как уже с момента отключения выходного сигнала акселерометра от датчика момента гироблока последний становится гирокомпасом и начинается процесс определения азимута по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока.
Целью настоящего изобретения является повышение точности и сокращение времени определения азимута оси платформы.
Для этого в процессе определения азимута платформы одновременно с определением разностного угла измеряют акселерометром Az (фиг. 1) угол отклонения платформы от горизонта, осуществляют его дифференцирование для получения текущих значений угловой скорости ωвозм, рассчитывают в вычислительном устройстве текущие значения тока для компенсации момента Мгир, входящего в исходное уравнение (3):
где iкомп - ток компенсации; β - угол на выходе широкодиапазонного кодового датчика угла гироблока; Кдм - коэффициент датчика моментов гироблока Гх.
После преобразования данного тока из цифровой формы в аналоговую его подают на датчик моментов измерительного гироблока (пунктирная линия на фиг. 1).
Процесс дифференцирования угла отклонения платформы от горизонта, определяемого с помощью акселерометра, можно осуществить различными способами, основными из которых являются:
- использование физически реализуемого дифференцирующего звена [5, с. 41-48];
- использование оптимального фильтра Калмана, в котором по измеряемому углу определяется оценка производной данного угла [6, с. 67].
Расчет тока компенсации может быть осуществлен в вычислительном устройстве ВУ, совмещенном с цифро-аналоговым преобразователем.
Таким образом, технически осуществимо одновременно с определением разностного угла измерение акселерометром угла отклонения платформы от горизонта, дифференцирование его и расчет текущих значений тока компенсации, которые после преобразования из цифровой формы в аналоговую подают на датчик моментов измерительного гироблока.
Источники информации
1. Патент RU 2324897 С1, 20.05.2008.
2. Командно-измерительные приборы / Под ред. Б.И. Назарова. - М.: МО СССР, 1987. - 638 с.
3. Патент RU 2509289 С2, 10.03.2014.
4. Дьяконов В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007. Самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2008. - 768 с.
5. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства. - М.: «Советское радио», 1973. - 592 с.
6. Брамер К., Зифлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. - М.: «Наука», 1982, - 200 с.
Claims (1)
- Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора, заключающаяся в том, что используют один из гироблоков системы стабилизации гиростабилизированной платформы, при этом горизонтирование платформы относительно одной из осей осуществляют путем отключения акселерометра от датчика моментов гироблока контура стабилизации по этой оси и подключения его к соответствующему двигателю стабилизации через усилитель стабилизации, а азимут платформы определяют по информационным сигналам, равным разности между номинальными значениями угла прецессии гироблока и соответствующими значениями широкодиапазонного кодового датчика угла этого гироблока, отличающаяся тем, что одновременно с определением разностного угла измеряют акселерометром угол отклонения платформы от горизонта, осуществляют дифференцирование измеренного угла, рассчитывают текущие значения тока компенсации, который после преобразования из цифровой формы в аналоговую подают на датчик моментов данного гироблока.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016123164A RU2630526C1 (ru) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016123164A RU2630526C1 (ru) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2630526C1 true RU2630526C1 (ru) | 2017-09-11 |
Family
ID=59893710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016123164A RU2630526C1 (ru) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2630526C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700720C1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-09-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора |
RU2729515C1 (ru) * | 2020-02-07 | 2020-08-07 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ определения азимута трёхосного гиростабилизатора по углу поворота гироскопа |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2324897C1 (ru) * | 2006-11-29 | 2008-05-20 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока |
RU2509289C2 (ru) * | 2012-03-05 | 2014-03-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока |
RU2509979C1 (ru) * | 2012-06-28 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся токам коррекции |
KR101400216B1 (ko) * | 2012-12-21 | 2014-05-27 | 현대중공업 주식회사 | 반잠수식 해양 설비의 아지무스 스러스터 설치 구조물 및 이를 이용한 아지무스 스러스터 설치 방법 |
RU2541710C1 (ru) * | 2013-10-18 | 2015-02-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора на подвижном основании |
-
2016
- 2016-06-10 RU RU2016123164A patent/RU2630526C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2324897C1 (ru) * | 2006-11-29 | 2008-05-20 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока |
RU2509289C2 (ru) * | 2012-03-05 | 2014-03-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока |
RU2509979C1 (ru) * | 2012-06-28 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся токам коррекции |
KR101400216B1 (ko) * | 2012-12-21 | 2014-05-27 | 현대중공업 주식회사 | 반잠수식 해양 설비의 아지무스 스러스터 설치 구조물 및 이를 이용한 아지무스 스러스터 설치 방법 |
RU2541710C1 (ru) * | 2013-10-18 | 2015-02-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора на подвижном основании |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.И. СОЛОВЬЕВ и П.Г. ШАБАЛОВ "Инерциальные навигационные системы" Самара, 2011, стр. 19 - 21. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700720C1 (ru) * | 2018-05-31 | 2019-09-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора |
RU2729515C1 (ru) * | 2020-02-07 | 2020-08-07 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Способ определения азимута трёхосного гиростабилизатора по углу поворота гироскопа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110031882B (zh) | 一种基于sins/dvl组合导航系统的外量测信息补偿方法 | |
Caruso | Applications of magnetic sensors for low cost compass systems | |
Sun et al. | MEMS-based rotary strapdown inertial navigation system | |
CN111102993A (zh) | 一种旋转调制型捷联惯导系统晃动基座初始对准方法 | |
CN201955092U (zh) | 一种基于地磁辅助的平台式惯性导航装置 | |
CN104880189B (zh) | 一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方法 | |
CN106895853B (zh) | 一种电磁计程仪辅助船用陀螺罗经行进间对准方法 | |
RU2324897C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока | |
EP2638360B1 (en) | A system and method for north finding | |
RU2509289C2 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока | |
Sokolović et al. | INS/GPS navigation system based on MEMS technologies | |
RU2630526C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора | |
RU2541710C1 (ru) | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора на подвижном основании | |
RU2407989C1 (ru) | Способ определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической | |
RU2608337C1 (ru) | Способ автономной начальной выставки стабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и на заданный азимут | |
RU2550592C1 (ru) | Гирогоризонткомпас | |
CN111307114A (zh) | 基于运动参考单元的水面舰船水平姿态测量方法 | |
RU2723976C1 (ru) | Способ определения угловой ориентации наземного транспортного средства | |
RU2700720C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора | |
RU2523670C1 (ru) | Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации для морских объектов | |
RU2649063C1 (ru) | Способ определения азимута платформы трёхосного гиростабилизатора по отклонению угла поворота гироскопа от расчётного значения | |
RU2571199C1 (ru) | Гирогоризонткомпас | |
RU2757854C1 (ru) | Способ калибровки гироблоков платформы трехосного гиростабилизатора | |
RU2509979C1 (ru) | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся токам коррекции | |
RU2513631C1 (ru) | Способ определения азимута платформы трехосного гиростабилизатора по углу поворота корпуса гироблока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180611 |